JP5684413B2 - Catadioptric projection objective with pupil mirror, projection exposure apparatus and method - Google Patents

Catadioptric projection objective with pupil mirror, projection exposure apparatus and method Download PDF

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Description

本発明は、投影対物器械の物体面に配置された物体視野を投影対物器械の像面に配置された像視野上に結像するための反射屈折投影対物器械に関する。   The present invention relates to a catadioptric projection objective for imaging an object field arranged in the object plane of a projection objective onto an image field arranged in the image plane of the projection objective.

反射屈折投影対物器械は、例えば、半導体素子及び他の種類のマイクロデバイスを製作するのに用いられる投影露光システム、具体的にはウェーハスキャナ又はウェーハステッパにおいて採用され、以下に一般的に「マスク」又は「レチクル」と呼ぶフォトマスク又はレチクル上のパターンを感光コーティングを有する物体上に縮小スケールで超高分解能を用いて投影する役割を達成する。   Catadioptric projection objectives are employed in, for example, projection exposure systems used to fabricate semiconductor devices and other types of microdevices, specifically wafer scanners or wafer steppers, and are generally referred to below as “masks”. Alternatively, it achieves the role of projecting a photomask or pattern on the reticle, referred to as a “reticle”, onto an object having a photosensitive coating, using ultra-high resolution on a reduced scale.

より一層微細な構造を作り出すために、投影対物器械の像側開口数(NA)を高めること、及びより短い波長、好ましくは、約260nmよりも短い波長を有する紫外線を採用することの両方が探求されている。しかし、光学要素を製作するのに利用可能なこの波長領域で十分に透過的である材料、具体的には合成石英ガラス及びフッ化物結晶は僅かしかない。利用可能なこれらの材料のアッベ数は、互いにかなり近くにあり、十分に良好に色補正された(色収差に対して補正された)純屈折システムを達成するのは困難である。   In order to create even finer structures, both seeking to increase the image-side numerical aperture (NA) of projection objectives and adopting ultraviolet light with shorter wavelengths, preferably shorter than about 260 nm, was explored. Has been. However, there are only a few materials that are sufficiently transparent in this wavelength range available to fabricate optical elements, specifically synthetic quartz glass and fluoride crystals. The Abbe numbers of these materials available are quite close to each other and it is difficult to achieve a purely refractive system that is sufficiently well color corrected (corrected for chromatic aberration).

光学リソグラフィでは、高分解能及び良好な補正ステータスは、比較的大きい、事実上平坦な像視野において得なければならない。あらゆる光学設計に対して求めることができる最も困難な要件は、平坦な像を有することであり、特に全屈折設計の場合にそうであることが指摘されている。平坦な像を達成するには相対するレンズ屈折力が必要であり、それにより、より強いレンズ、より長いシステムの長さ、より大きなシステムのガラス質量、及びより強いレンズ曲率から生じるより大きくより高次の像収差が引き起こされる。   In optical lithography, high resolution and good correction status must be obtained in a relatively large, substantially flat image field. It has been pointed out that the most difficult requirement that can be sought for any optical design is to have a flat image, especially for all refractive designs. Achieving a flat image requires an opposing lens power, which results in a larger and higher lens resulting from a stronger lens, longer system length, larger system glass mass, and stronger lens curvature. The following image aberrations are caused.

色補正及び像の平坦化の問題を解決する助けとして、かねてから凹ミラーが用いられている。凹ミラーは、正のレンズと同様に正の屈折力を有するが、反対符号のペッツヴァル曲率を持たない。また凹ミラーは、色問題を招かない。従って、屈折要素と反射要素、具体的にはレンズと少なくとも1つの凹ミラーとを組み合わせる反射屈折システムは、上述の種類の高分解能投影対物器械を構成するのに主に採用されている。
残念ながら凹ミラーは、放射光を到来方向にまともに送り返すので、光学設計の中に統合することが困難である。機械的な問題、又はビームの口径食又は瞳の掩蔽に起因する問題を引き起こさずに凹ミラーを統合する知的設計が望ましい。
Concave mirrors have been used for some time to help solve the problems of color correction and image flattening. The concave mirror has a positive refractive power like a positive lens, but does not have an opposite sign of Petzval curvature. Concave mirrors do not cause color problems. Accordingly, catadioptric systems that combine refractive and reflective elements, in particular lenses and at least one concave mirror, are mainly employed in constructing high resolution projection objectives of the type described above.
Unfortunately, concave mirrors are difficult to integrate into an optical design because they send the emitted light back in the direction of arrival. An intelligent design that integrates concave mirrors without causing mechanical problems or problems due to beam vignetting or pupil obscuration is desirable.

リソグラフィ製造工程の効率に対する高まる要求から、光源の電力を高める傾向がある。また、益々短い波長も用いられている。様々な種類のパターンにおける結像条件を最適化するために、特定の照明環境が採用されている。その結果、露光システムの結像品質に有意に影響を及ぼす投影システム内の光学材料の特性における様々な時間依存変化が観測されている。高い吸収に起因する作動中のレンズ群及び他の透過光学要素の加熱(レンズ加熱)は、結像の特性に動的に影響を与える1つの効果である。また圧密化効果のような放射光によって誘起される屈折率変化に起因する長期の(疑似静的)効果が観測されている。   Increasing demands on the efficiency of the lithographic manufacturing process tend to increase the power of the light source. Shorter wavelengths are also being used. In order to optimize the imaging conditions in various types of patterns, specific lighting environments are employed. As a result, various time dependent changes in the properties of optical materials in the projection system that significantly affect the imaging quality of the exposure system have been observed. Heating of the active lens group and other transmissive optical elements due to high absorption (lens heating) is one effect that dynamically affects the imaging properties. In addition, long-term (pseudo-static) effects such as consolidation effects due to changes in refractive index induced by synchrotron radiation have been observed.

本出願人の特許出願US2004/0144915A1は、物理的ビームスプリッタを有する反射屈折投影対物器械において、吸収によって誘起される加熱効果によって引き起こされる一部の問題を解決する手法を明らかにしている。この出願は、凹ミラーが瞳表面に位置決めされた単一結像システム(中間像を伴わない)として設計された折り畳み反射屈折投影対物器械を開示している。軸上物体視野から凹ミラーに向って到来する放射光を凹ミラーによって像面に向けて反射される放射光から分離するために、偏光選択性ビームスプリッタ表面を有する物理的ビームスプリッタが設けられる。凹ミラーは、変形可能ミラーとして構成され、凹ミラー表面の形状は、放射光によって誘起される光学性能変化に応じて、投影対物器械の作動中に進行するある一定の時間依存結像収差を相殺することを可能にするような方式で、瞳ミラーマニピュレータを用いて操作することができる。瞳ミラーマニピュレータは、単純な構造を有し、光路と干渉しないように凹ミラーの裏側に設けられる。変形可能瞳ミラーは、例えば、吸収によって誘起される立方形ビームスプリッタ及び矩形遅延プレートの加熱に起因する非点収差、二重又は四重波面変形、及び圧密化効果などを補償するように設計される。   Applicant's patent application US 2004/0144915 A1 reveals a technique for solving some problems caused by the heating effect induced by absorption in a catadioptric projection objective having a physical beam splitter. This application discloses a folded catadioptric projection objective designed as a single imaging system (without an intermediate image) with a concave mirror positioned on the pupil surface. A physical beam splitter having a polarization-selective beam splitter surface is provided to separate the radiation coming from the on-axis object field towards the concave mirror from the radiation reflected by the concave mirror towards the image plane. The concave mirror is configured as a deformable mirror, and the shape of the concave mirror surface cancels certain time-dependent imaging aberrations that progress during the operation of the projection objective in response to changes in optical performance induced by the emitted light It can be operated using a pupil mirror manipulator in such a way that it is possible to do so. The pupil mirror manipulator has a simple structure and is provided on the back side of the concave mirror so as not to interfere with the optical path. Deformable pupil mirrors are designed to compensate for, for example, astigmatism, double or quadruple wavefront deformation, and consolidation effects due to absorption-induced heating of the cubic beam splitter and rectangular retardation plate. The

US2004/0144915A1US2004 / 0144915A1 WO2004/019128A2WO2004 / 019128A2 WO2005/111689AWO2005 / 111689A US6、995、833B2US6, 995, 833B2 US6、600、608US6, 600, 608 WO2005/098506A1WO2005 / 098506A1 WO2005/098505A1WO2005 / 098505A1 米国特許出願出願番号第11/151、465号US patent application Ser. No. 11 / 151,465 US2006/0039669US2006 / 0039669 WO2003/093903WO2003 / 093903 US6、252、647B1US6,252,647B1 US2006/005026A1US2006 / 005026A1 EP1069448B1EP1069448B1 US2002/0001088A1US2002 / 0001088A1 US6、784、977B2US6,784,977B2 US5、986、795US 5,986,795 US2006/0018045A1US2006 / 0018045A1 US2002/0011088A1US2002 / 0011088A1 US2006/0114437A1US2006 / 0114437A1 WO2005/040890AWO2005 / 040890A

本発明の目的は、非常に高い像側開口数に対する可能性を有し、作動時に性能の長期安定性を維持することができる、真空紫外(VUV)範囲での使用に適切なマイクロリソグラフィのための反射屈折投影対物器械を提供することである。
本発明の別の目的は、双極及び四重極照明のような非従来的軸外照明を含む様々な照明環境において安定した作動条件で作動するように構成された投影対物器械及び露光装置を提供することである。
The object of the present invention is for microlithography suitable for use in the vacuum ultraviolet (VUV) range, which has the potential for very high image-side numerical aperture and can maintain long-term stability of performance during operation. A catadioptric projection objective is provided.
Another object of the present invention is to provide a projection objective and an exposure apparatus configured to operate at stable operating conditions in a variety of illumination environments including non-conventional off-axis illumination such as dipole and quadrupole illumination. It is to be.

本発明の別の目的は、液浸リソグラフィにおいて安定した光学性能をもたらす反射屈折投影対物器械を提供することである。
本発明の別の目的は、妥当な費用で製造することができ、乾式リソグラフィ又は液浸リソグラフィの様々な照明条件の下で光学性能安定性を有する193nmに至るまでの波長におけるマイクロリソグラフィ用途のための反射屈折投影対物器械を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a catadioptric projection objective that provides stable optical performance in immersion lithography.
Another object of the present invention is for microlithography applications at wavelengths up to 193 nm that can be manufactured at reasonable cost and have optical performance stability under various illumination conditions of dry or immersion lithography. A catadioptric projection objective is provided.

上記及び他の目的に対する解決法として、本発明は、一構成に従って、投影対物器械の物体面に配置された物体視野から投影対物器械の像面に配置された像視野上にパターンを結像するための反射屈折投影対物器械を提供し、これは、物体面から第1の中間像内にパターンを結像させるように構成され、第1の瞳表面を有する第1の対物器械部と、第1の中間像を第2の中間像内に結像させるように構成され、第1の瞳表面と光学的に共役な第2の瞳表面を有する第2の対物器械部と、第2の中間像を像面内に結像させるように構成され、第1及び第2の瞳表面と光学的に共役な第3の瞳表面を有する第3の対物器械部と、第1、第2、及び第3の瞳表面のうちの1つに又はその近くに位置決めされた反射瞳ミラー表面を有する瞳ミラーと、瞳ミラーに作動的に接続され、瞳ミラー表面の形状を変更するように構成された瞳ミラーマニピュレータとを含む。   As a solution to these and other objects, the present invention, according to one configuration, images a pattern from an object field located in the object plane of the projection objective onto an image field located in the image plane of the projection objective. A catadioptric projection objective for imaging a pattern from an object plane into a first intermediate image, a first objective part having a first pupil surface; A second objective part having a second pupil surface optically conjugate with the first pupil surface, the second objective part being configured to form one intermediate image in the second intermediate image; A third objective portion configured to form an image in the image plane and having a third pupil surface optically conjugate with the first and second pupil surfaces; A pupil mirror having a reflective pupil mirror surface positioned at or near one of the third pupil surfaces; It is operatively connected to the mirror, and a pupil mirror manipulator configured to change the shape of the pupil mirror surface.

本出願の冒頭で示した様々な時間依存の放射光誘起の投影対物器械内の光学材料の特性の変化(レンズ加熱、圧密化等)は、独特の結像収差を誘起し、これらの結像収差は、結像収差への主な寄与が非球面収差への視野一定寄与であるから、従来のマニピュレータによって補償することが困難である。より具体的には、視野にわたって一定の軸上非点収差(AIDA)及び四重放射対称誤差(4回の波打ち)が観測される。瞳ミラー表面を有する瞳ミラー、及びこの反射瞳ミラー表面の形状を変更することを可能にする操作手段を設けることにより、レンズ加熱及び圧密化などに起因して投影対物器械内で波面形状の有意な乱れが発生するが、像面において本質的に収差のない波面が得られる。一般的に補正は、レンズ加熱などによって引き起こされる乱れの負の寄与を瞳ミラーによって相殺するように反射瞳ミラー表面の形状を調節することによって得ることができる。瞳ミラーは、投影対物器械の瞳表面に又はその近くに位置決めされるので、反射面形状のいかなる変形又は変更も全ての視野点において本質的に同じ効果を有し、それによって本質的に視野一定の補正が得られる。   Changes in the properties of optical materials (lens heating, consolidation, etc.) in the various time-dependent radiation-induced projection objectives presented at the beginning of this application induce unique imaging aberrations and these imaging Aberration is difficult to compensate with a conventional manipulator because the main contribution to imaging aberration is the constant field of view contribution to aspherical aberration. More specifically, constant axial astigmatism (AIDA) and quadruple radial symmetry error (four undulations) are observed over the field of view. By providing a pupil mirror having a pupil mirror surface and an operating means that enables the shape of the reflective pupil mirror surface to be changed, the wavefront shape is significantly different in the projection objective due to lens heating and compaction. A wavefront that is essentially free of aberrations in the image plane is obtained. In general, correction can be obtained by adjusting the shape of the reflective pupil mirror surface so that the negative contribution of the disturbance caused by lens heating or the like is offset by the pupil mirror. Since the pupil mirror is positioned at or near the pupil surface of the projection objective, any deformation or modification of the reflecting surface shape has essentially the same effect at all field points, thereby making the field of view essentially constant. Correction is obtained.

2つの実中間像を有する反射屈折投影対物器械は、口径食のような問題を回避しながらマイクロリソグラフィへの適用を可能にするのに十分に大きく非常に高い像側開口数を像視野内で得るように設計することができることが判明している。更に、軸外物体視野及び像視野が用いられる場合に、高い像側NAを有するシステムでは、瞳の掩蔽を回避することができる。この投影対物器械は、厳密に3つの連続する対物器械部と厳密に2つの中間像とを有する。第1から第3の対物器械部の各々は、2回の連続するフーリエ変換を実行する結像サブシステム(2fシステム)であり、第1から第3の対物器械部の他には、付加的な対物器械部は存在しない。厳密に2つの中間像が設けられる場合には、妥当性のあるサイズ及び複雑度で製造することができる光学システムにおいて、光学設計者に対する高い自由度が達成される。リソグラフィの目的に適する像視野における大きい像側開口が可能にされる。   A catadioptric projection objective with two real intermediate images has a very high image side numerical aperture in the image field that is large enough to allow microlithographic applications while avoiding problems such as vignetting. It has been found that it can be designed to obtain. Further, in cases where off-axis object field and image field are used, pupil obscuration can be avoided in systems with high image side NA. This projection objective has exactly three consecutive objective parts and exactly two intermediate images. Each of the first to third objective parts is an imaging subsystem (2f system) that performs two successive Fourier transforms, and in addition to the first to third objective parts, additional There is no special objective part. If exactly two intermediate images are provided, a high degree of freedom for the optical designer is achieved in an optical system that can be produced with reasonable size and complexity. A large image side aperture in the image field suitable for lithographic purposes is allowed.

瞳ミラーは、本質的に平坦な反射面を有することができるが、殆どの実施形態では、瞳ミラーは、屈折力を有する光学要素として設計される。一部の実施形態では、瞳ミラーは凹ミラーである。
少なくとも1つの中間像を物体面と瞳ミラーの間に形成することが有用であることが判明しており、それにより、瞳ミラー上の反射の前に放射光を適切に準備することが可能になる。少なくとも1つの結像サブシステム(対物器械部)が物体面と瞳ミラーの間に設けられる場合には、瞳ミラー上に当たる放射光は、実質的に瞳ミラーの補正機能の最適使用に向けて準備することができる。
Although the pupil mirror can have an essentially flat reflective surface, in most embodiments the pupil mirror is designed as an optical element with refractive power. In some embodiments, the pupil mirror is a concave mirror.
It has proved useful to form at least one intermediate image between the object plane and the pupil mirror, so that the emitted light can be properly prepared before reflection on the pupil mirror. Become. If at least one imaging subsystem (objective part) is provided between the object plane and the pupil mirror, the emitted light impinging on the pupil mirror is substantially prepared for optimal use of the pupil mirror correction function. can do.

一部の実施形態では、瞳ミラーは、第2の対物器械部内で第2の瞳表面に又はその近くに配置される。反射屈折の第2の対物器械部を形成するために、1つ又はそれよりも多くのレンズを第2の対物器械部内に追加で設けることができる。代替的に、第2の対物器械部は、純反射性(反射結像)のものとすることができる。
一部の実施形態では、第1の中間像を形成する第1の対物器械部は純屈折性であり、すなわち、1つ又はそれよりも多くのレンズのみを含み、結像ミラーを含まない。代替的又は追加的に、第2の中間像から像面内に最終像を形成する第3の対物器械部は、純屈折性対物器械部とすることができる。
In some embodiments, the pupil mirror is located in or near the second pupil surface within the second objective section. In order to form a catadioptric second objective part, one or more lenses can additionally be provided in the second objective part. Alternatively, the second objective part can be purely reflective (reflective imaging).
In some embodiments, the first objective portion that forms the first intermediate image is purely refractive, i.e. includes only one or more lenses and does not include an imaging mirror. Alternatively or additionally, the third objective part that forms the final image in the image plane from the second intermediate image may be a purely refractive objective part.

以下では、上述の順序で第1の屈折性対物器械部(R)、第2の反射屈折又は反射結像対物器械部(C)、及び屈折性(R)の第3の対物器械部を有する連結されたシステムを「R−C−R」型のシステムで表すことにする。
一部の実施形態では、第1の対物器械部は、反射屈折対物器械部であり、第2の対物器械部は、反射屈折又は反射結像のものであり、瞳ミラーを含み、第3の対物器械部は、屈折性対物器械部である。これらのシステムは、「C−C−R」型のシステムと呼ぶことができる。
The following comprises a first refractive objective part (R), a second catadioptric or reflective imaging objective part (C) and a refractive (R) third objective part in the order described above. The connected system will be represented by an “R—C—R” type system.
In some embodiments, the first objective portion is a catadioptric objective portion, the second objective portion is of catadioptric or reflective imaging, includes a pupil mirror, The objective instrument part is a refractive objective instrument part. These systems can be referred to as “CCR” type systems.

投影対物器械の光学要素は、様々な方式で配置することができる。
一部の実施形態は、ミラー(偏向ミラー)を用いて少なくとも2つの非平行の軸セグメントへと細分化される光軸を有する「折り畳み」反射屈折投影対物器械として設計される。一般的に偏向ミラーは、平坦な反射面を有することができ、すなわち、屈折力がないものとすることができる。
一部の実施形態は、幾何学形状的に第1の偏向ミラーと瞳ミラーの間に二重通過領域が形成されるように、物体面から瞳ミラーに向けて放射光を偏向するか又は瞳ミラーから像面に向けて放射光を偏向するように配置される。少なくとも1つの偏向ミラーを設けることにより、利用可能な開口数を瞳ミラーのサイズによって過度に制限することなしに、瞳ミラーを瞳表面に又はその近くに配置することが容易になる。
The optical elements of the projection objective can be arranged in various ways.
Some embodiments are designed as “folded” catadioptric projection objectives with optical axes that are subdivided into at least two non-parallel axis segments using mirrors (deflection mirrors). In general, the deflecting mirror can have a flat reflecting surface, that is, it can have no refractive power.
Some embodiments deflect the emitted light from the object plane toward the pupil mirror or pupil so that a geometrically formed double pass region is formed between the first deflecting mirror and the pupil mirror. It arrange | positions so that radiation light may be deflected toward an image surface from a mirror. Providing at least one deflecting mirror facilitates placing the pupil mirror at or near the pupil surface without unduly limiting the available numerical aperture by the size of the pupil mirror.

物体面と像面が平行になるように、第1の偏向ミラーに対して90°の角度で配置される第2の偏向ミラーを設けることができる。第2の偏向ミラーは、瞳ミラーから反射される放射光を直接的に受光するように配置することができ、又は第1の偏向ミラーから反射される放射光を受光するように配置することができる。
一部の実施形態では、第1の偏向ミラーは、物体面から到来する放射光を瞳ミラーの方向に偏向するように配置され、第2の折り畳みミラーは、瞳ミラーから到来する放射光を像平面の方向に偏向するように配置される。この折り畳み幾何学形状は、第1の対物器械部の光学要素によって定められる光軸セグメントと、第3の対物器械部の光学要素によって定められる光軸セグメントとを本質的に同軸で、すなわち、厳密に同軸であるか又は一般的なレンズ直径との関係では非常に小さい僅かな横方向オフセットしか持たずに配置することを可能にする。この一般的な折り畳み幾何学形状による投影対物器械の例は、WO2004/019128A2又はWO2005/111689Aに開示されている。これらの文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。
A second deflection mirror can be provided that is disposed at an angle of 90 ° with respect to the first deflection mirror so that the object plane and the image plane are parallel. The second deflection mirror can be arranged to directly receive the radiation reflected from the pupil mirror, or can be arranged to receive the radiation reflected from the first deflection mirror. it can.
In some embodiments, the first deflecting mirror is arranged to deflect radiation coming from the object plane in the direction of the pupil mirror, and the second folding mirror images radiation coming from the pupil mirror. Arranged to deflect in the direction of the plane. This folding geometry is essentially coaxial with the optical axis segment defined by the optical element of the first objective part and the optical axis segment defined by the optical element of the third objective part, i.e. strictly It can be arranged with a slight lateral offset which is coaxial to the lens or very small in relation to the general lens diameter. Examples of projection objectives with this general folding geometry are disclosed in WO2004 / 019128A2 or WO2005 / 111689A. The disclosures of these documents are incorporated herein by reference.

第1の偏向ミラーは、瞳ミラーによって反射される放射光を第2の偏向ミラーに向けて偏向するように光学的に瞳ミラーの下流に配置され、第2の偏向ミラーは、第1の偏向ミラーからの放射光を像面に向けて偏向するように配置される。これらの種類の実施形態では、凹瞳ミラーによって定められる光軸は、第1の対物器械部によって定められる光軸のセグメントと同軸とすることができる。一般的に物体面と像面の間で大きい横方向オフセットが得られ、このオフセットは、一般的なレンズ直径と比較して大きい。一般的にこの種類の対物器械は、互いに対して平行に装着された2つのレンズバレル構造を含む。一般的な例は、例えば、US6、995、833B2に開示されている。これらの文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。   The first deflecting mirror is optically disposed downstream of the pupil mirror so as to deflect the radiation reflected by the pupil mirror toward the second deflecting mirror, and the second deflecting mirror is the first deflecting mirror. It arrange | positions so that the emitted light from a mirror may be deflected toward an image surface. In these types of embodiments, the optical axis defined by the concave pupil mirror can be coaxial with the segment of the optical axis defined by the first objective part. Generally, a large lateral offset is obtained between the object plane and the image plane, and this offset is large compared to a typical lens diameter. Generally this type of objective includes two lens barrel structures mounted parallel to each other. General examples are disclosed, for example, in US 6,995,833B2. The disclosures of these documents are incorporated herein by reference.

少なくとも1つの負のレンズを含む負の群を、凹ミラーの反射側の前にある放射光が負の群を通じて反対方向に少なくとも2回通過するような二重通過領域内に配置することができる。この負の群は、瞳の近くの領域内の凹瞳ミラーの直近に位置決めすることができ、この領域は、結像の周辺光線高さ(MRH)が主光線高さ(CRH)よりも大きいという事実によって特徴付けることができる。好ましくは、周辺光線高さは、負の群の領域内で主光線高さの少なくとも2倍大きく、特に少なくとも5から10倍大きい。大きい周辺光線高さの領域内の負の群は、色補正に実質的に寄与することができ、特に、肉薄なレンズの軸上色収差は、レンズの場所における周辺光線高さの二乗に比例する(更に、屈折力及びレンズの分散に比例する)ので、軸上色収差の補正に実質的に寄与することができる。これに、投影放射光が、凹ミラーの直近に配置された負の群を通じて反対の放射通過方向に2回通過するという事実が加わり、その結果、負の群の色の過補正効果が2回利用される。負の群は、例えば、単一の負のレンズで構成することができ、又は少なくとも2つの負レンズを含むことができる。   A negative group comprising at least one negative lens can be arranged in a double-pass region where the emitted light in front of the reflecting side of the concave mirror passes through the negative group in the opposite direction at least twice. . This negative group can be positioned in the immediate vicinity of the concave pupil mirror in a region near the pupil, which has an imaging peripheral ray height (MRH) greater than the chief ray height (CRH). It can be characterized by the fact that Preferably, the marginal ray height is at least twice as large as the principal ray height in the negative group region, in particular at least 5 to 10 times greater. Negative groups in the region of large marginal ray height can contribute substantially to color correction, especially the axial chromatic aberration of thin lenses is proportional to the square of marginal ray height at the lens location. (Further, it is proportional to the refractive power and the dispersion of the lens), so that it can substantially contribute to the correction of axial chromatic aberration. To this is added the fact that the projected radiation passes twice in the opposite radiation passage direction through the negative group placed in the immediate vicinity of the concave mirror, resulting in two negative overcorrection effects of the negative group color. Used. The negative group can comprise, for example, a single negative lens, or can include at least two negative lenses.

一部の実施形態では、投影対物器械の全ての光学要素は、投影対物器械の全ての光学要素に対して共通の真っ直ぐな光軸に沿って整列する。この種類の光学システムを本明細書では「直線配置システム」で表している。
光学的な観点からは、偏光効果のような平坦な折り畳みミラーを利用することによって引き起こされる光学問題を回避することができるので、直線配置システムが好ましい。同じく製造の観点からも、直線配置システムは、光学要素のための従来の装着技術を利用することができるように設計することができ、それによって投影対物器械の機械安定性が改善される。2つ又は4つ又は6つのミラーのような偶数個のミラーを利用することにより、像反転のない結像が可能になる。
In some embodiments, all optical elements of the projection objective are aligned along a straight optical axis that is common to all optical elements of the projection objective. This type of optical system is referred to herein as a “linear arrangement system”.
From an optical point of view, a linear arrangement system is preferred because optical problems caused by utilizing a flat folding mirror such as the polarization effect can be avoided. Also from a manufacturing point of view, the linear placement system can be designed to take advantage of conventional mounting techniques for optical elements, thereby improving the mechanical stability of the projection objective. By utilizing an even number of mirrors, such as two or four or six mirrors, imaging without image inversion is possible.

直線配置システムの光学要素は、物体面からの放射光を受光するための物体側ミラー群入口と、ミラー群出口から像面に向って出現する放射光を出射するための像側ミラー群出口とを有するミラー群を含むことができ、ミラー群は、上述の少なくとも1つの瞳ミラーを含む。
軸上視野(物体視野と像視野が光軸に関して中心にある)が望ましい場合には、ミラー群は、凹反射面が互いに対面する1対の凹ミラーによって形成することができ、放射光がミラーを通過することを可能にするために、透過部分(穴又は孔等)が、ミラー表面内の光軸の周囲の領域内に作られる。凹ミラーは、瞳表面に光学的に近く配置することができる。凹ミラーのうちの少なくとも1つには、変形可能瞳ミラーを形成するために瞳ミラーマニピュレータを設けることができる。2つの中間像、軸上視野、及び瞳掩蔽を有するシステムの例は、例えば、本出願人の特許US6、600、608に開示されており、その開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。
瞳掩蔽のない結像が望ましい場合には、軸外視野(物体視野と像視野が完全に光軸の外側にある)を用いることができる。
The optical element of the linear arrangement system includes an object-side mirror group entrance for receiving radiation light from the object plane, and an image-side mirror group exit for emitting radiation light that emerges from the mirror group exit toward the image plane. The mirror group includes at least one pupil mirror as described above.
If an on-axis field (the object field and the image field are centered with respect to the optical axis) is desired, the mirror group can be formed by a pair of concave mirrors whose concave reflecting surfaces face each other and the emitted light is mirrored. In order to be able to pass through, a transmissive part (such as a hole or hole) is made in the area around the optical axis in the mirror surface. The concave mirror can be placed optically close to the pupil surface. At least one of the concave mirrors may be provided with a pupil mirror manipulator to form a deformable pupil mirror. An example of a system with two intermediate images, an on-axis field of view, and a pupil obscuration is disclosed, for example, in Applicant's patent US 6,600,608, the disclosure of which is incorporated herein by reference. ing.
If imaging without pupil obscuration is desired, an off-axis field (the object field and the image field are completely outside the optical axis) can be used.

一般的に直線配置システムは、ミラーを位置決めするには非常に小さな設置空間しか持たない。また瞳表面におけるミラーサイズは、適度なサイズの矩形又は弧形状の「有効像視野」を大きい像側開口数で結像する機能を制限する。これは、物体視野の比較的低い値の「有効エタンデュ」(有効な幾何学的光束)、すなわち、口径食なしに結像することができる最内側の視野点と有効物体視野の外縁との間の距離が小さいことに対応する。これらの条件の下では、矩形又は弓形形状を有する適度なサイズの有効物体視野が望ましい場合に、「設計物体視野」、すなわち、投影対物器械を十分に補正すべきである視野のサイズは、比較的大きくなる。設計物体視野のサイズを広げようとすると、一般的に光学要素の個数及びサイズは急激に増大するので、設計物体視野をできる限り小さく保つことが一般的に望ましい(「設計物体視野」の「有効物体視野」、「有効エタンデュ」という用語の詳細な定義及びこれらの用語の間の相互関係に対しては、開示内容が引用によって本明細書に組み込まれている本出願人の国際特許出願WO2005/098506A1を参照されたい)。   In general, the linear arrangement system has a very small installation space for positioning the mirror. In addition, the mirror size on the pupil surface limits the function of forming an “effective image field” of an appropriately sized rectangular or arc shape with a large image-side numerical aperture. This is a relatively low value of “effective etendue” (effective geometric beam) of the object field, ie between the innermost field point that can be imaged without vignetting and the outer edge of the effective object field. This corresponds to a small distance. Under these conditions, when a moderately sized effective object field having a rectangular or arcuate shape is desired, the "design object field", i.e. the field size that the projection objective should be adequately corrected is Become bigger. When trying to increase the size of the design object field, the number and size of optical elements generally increases rapidly, so it is generally desirable to keep the design object field as small as possible. For a detailed definition of the terms “object field”, “effective etendue” and the interrelationship between these terms, the applicant's international patent application WO 2005 /, whose disclosure is incorporated herein by reference. 098506A1).

少なくともこれらの考察事項に対して、ミラー群が、ミラー群入口からの放射光を第1の反射区域上で受光するための第1のミラーと、第1のミラーから反射された放射光を第2の反射区域上で受光するための第2のミラーと、第2のミラーから反射された放射光を第3の反射区域上で受光するための第3のミラーと、第3のミラーから反射された放射光を受光し、放射光をミラー群出口に反射するための第3のミラーとを含み、ミラーのうちの少なくとも2つが、光軸に対して回転対称の曲率表面を有する凹ミラーであることが有用であることが判明している。   For at least these considerations, the mirror group includes a first mirror for receiving radiation from the mirror group entrance on the first reflection area, and radiation reflected from the first mirror. A second mirror for receiving light on the second reflection area, a third mirror for receiving radiation light reflected from the second mirror on the third reflection area, and reflection from the third mirror A third mirror for receiving the emitted radiated light and reflecting the radiated light to the mirror group exit, wherein at least two of the mirrors are concave mirrors having a rotationally symmetric curvature surface with respect to the optical axis It has proved useful.

ミラー群内に少なくとも4つのミラーを設けることにより、像側開口数が増大する場合であっても、瞳ミラーのサイズを制限することが可能になり、それによって口径食制御が容易になる。好ましくは、厳密に4つのミラーが設けられる。ミラー群の全てのミラーは、凹ミラーとすることができる。
第2のミラー(物体面に幾何学形状的に近接する)を瞳ミラーとして利用することは可能であるが、多くの場合に第3のミラーを瞳ミラーとして構成することが有用であることが判明している。一般的に第3のミラーは、幾何学形状的に物体面から離れてミラー群の像側にあり、それによって放射光を適切に第3のミラーに向けて誘導するための幾何学形状的な空間が与えられる。また、光学的に第3のミラーの上流にあり、第1及び第2のミラーを含む光学要素は、瞳ミラーに向けて適切に放射光ビームを整形し、準備するために利用することができる。例えば、補正ステータス及び主光線高さは、必要に応じて変化させることができる。
By providing at least four mirrors in the mirror group, it is possible to limit the size of the pupil mirror even when the image-side numerical aperture increases, thereby facilitating vignetting control. Preferably exactly four mirrors are provided. All mirrors in the mirror group can be concave mirrors.
Although it is possible to use the second mirror (which is geometrically close to the object plane) as a pupil mirror, it is often useful to configure the third mirror as a pupil mirror. It turns out. In general, the third mirror is geometrically away from the object plane and is on the image side of the mirror group, thereby providing a geometrical shape for appropriately directing the emitted light towards the third mirror. Space is given. Also, an optical element that is optically upstream of the third mirror and that includes the first and second mirrors can be utilized to properly shape and prepare the emitted light beam towards the pupil mirror. . For example, the correction status and chief ray height can be changed as needed.

好ましくは、ミラー群のミラーは、ミラー群入口から到来する放射光がミラー群出口においてミラー群を出射する前に光軸を横断するように形成され、幾何学形状的にミラー群入口とミラー群出口の間に配置されたミラー群平面を通じて少なくとも5回通過するように配置される。それによって回数が少なくとも4回の反射をミラー群入口とミラー群出口の間に定められる軸線方向にコンパクトな空間内で得ることができる。   Preferably, the mirrors of the mirror group are formed so that the radiated light coming from the mirror group entrance crosses the optical axis before exiting the mirror group at the mirror group exit, and geometrically shaped to the mirror group entrance and the mirror group It is arranged to pass at least five times through the mirror group plane arranged between the outlets. As a result, at least four reflections can be obtained in an axially compact space defined between the mirror group entrance and the mirror group exit.

前部レンズ群は、物体面とミラー群入口の間に配置することができ、それにより、物体面における放射光の空間分布をミラー群入口における放射光の望ましい角度分布に変換し、更に放射光がミラー群に入射し、第1のミラー上に当たる入射角を調節することが可能になる。前部レンズ群の設計は、ミラー群入口に入射する放射光ビームが望ましい断面形状を有し、放射光ビームを隣接するミラー縁部に当てることなくミラー群入口の中に通すことを可能にし、それによってビームの口径食が回避されるように選択することができる。前部レンズ群は、フーリエレンズ群、すなわち、フーリエレンズ群の前側焦点面と後側焦点面の間で1回の単一フーリエ変換又は奇数回の連続フーリエ変換を実行する単一の光学要素又は少なくとも2つの光学要素から成る群として設計することができる。好ましい実施形態では、前部レンズ群を形成するフーリエレンズ群は純屈折性のものであり、単一フーリエ変換を実行する。好ましい実施形態では、フーリエレンズ群は、ミラー群入口に又はその近くに瞳表面が存在するように、投影対物器械の入射瞳を本質的にミラー群入口の位置に結像させるように構成される。前部レンズ群のない実施形態も可能である。   The front lens group can be placed between the object plane and the mirror group entrance, thereby converting the spatial distribution of the emitted light at the object plane into the desired angular distribution of the emitted light at the mirror group entrance, Is incident on the mirror group, and the incident angle on the first mirror can be adjusted. The design of the front lens group allows the emitted light beam incident on the mirror group entrance to have a desired cross-sectional shape, allowing the emitted light beam to pass through the mirror group entrance without hitting the adjacent mirror edge, It can be selected so that beam vignetting is avoided. The front lens group is a Fourier lens group, i.e. a single optical element that performs one single Fourier transform or an odd number of continuous Fourier transforms between the front and back focal planes of the Fourier lens group, or It can be designed as a group of at least two optical elements. In a preferred embodiment, the Fourier lens group forming the front lens group is purely refractive and performs a single Fourier transform. In a preferred embodiment, the Fourier lens group is configured to image the entrance pupil of the projection objective essentially at the position of the mirror group entrance such that there is a pupil surface at or near the mirror group entrance. . Embodiments without a front lens group are also possible.

コンパクトな4つのミラーのミラー群を有する反射屈折直線配置システムは、本出願人の国際特許出願WO2005/098505A1に開示されており、その開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。一部の実施形態は、瞳ミラーを含み、適切な修正によって本発明に関連して用いることができる。
一部の実施形態では、第1の対物器械部(瞳ミラーの上流に中間像を形成する)は、倍率比|β|>1を有する拡大結像システムとして設計され、それによって有効物体視野よりも大きい第1の中間像が形成される。好ましくは、条件|β|>1.5が成り立つ。拡大中間像は、その下流の瞳ミラーにおいて大きい主光線角度CRAPMを得る上で利用することができる。近軸主光線角度CRAと瞳サイズとの積は、光学結像システムでは一定であること(ラグランジュの不変量)を考慮すると、瞳表面における大きい主光線角度は、小さい瞳、すなわち、瞳表面におけるビームの小さいビーム直径に対応する。
A catadioptric linear arrangement system having a compact mirror group of four mirrors is disclosed in the applicant's international patent application WO2005 / 098505A1, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Some embodiments include a pupil mirror and can be used in connection with the present invention with appropriate modifications.
In some embodiments, the first objective part (forming an intermediate image upstream of the pupil mirror) is designed as a magnified imaging system with a magnification ratio | β |> 1, thereby reducing the effective object field. Is also formed. Preferably, the condition | β |> 1.5 holds. The magnified intermediate image can be used to obtain a large principal ray angle CRA PM at the downstream pupil mirror. Considering that the product of paraxial principal ray angle CRA and pupil size is constant in an optical imaging system (Lagrange invariant), a large chief ray angle at the pupil surface is a small pupil, ie at the pupil surface. Corresponds to the small beam diameter of the beam.

一部の実施形態では、瞳ミラーは、光学的に瞳ミラーの上流の第1のミラーと瞳ミラーの下流の第2のミラーとの間に配置され、ここで主光線高さは、物体面内でCRHOであり、第1のミラーにおいてCRH1であり、第2のミラーにおいてCRH2であり、条件CRH1>CRHO及びCRH2>CRHOが満たされる。好ましくは、条件CRH1>1.5×CRHO及びCRH2>CRHOのうちの少なくとも一方が満たされる。言い換えれば、瞳ミラーの直ぐ上流及び直ぐ下流のミラーにおける主光線の光線高さは、物体高さよりも大きい。物体面内の主光線高さCRHOと、光学的に瞳ミラーの上流又は下流のミラーの少なくとも一方における主光線高さとの間の比は、例えば、少なくとも1.5、又は少なくとも2.0、又は少なくとも2.5とすることができる。これらの条件の下では、瞳ミラーにおいて小さいビーム直径が得られ、それによって小さいサイズの瞳ミラーを有することが可能になる。 In some embodiments, the pupil mirror is optically disposed between a first mirror upstream of the pupil mirror and a second mirror downstream of the pupil mirror, wherein the chief ray height is the object plane a CRH O at an inner, a CRH 1 in the first mirror, a CRH 2 in the second mirror, conditions CRH 1> CRH O and CRH 2> CRH O is satisfied. Preferably, at least one of the conditions CRH 1 > 1.5 × CRH 2 O and CRH 2 > CRH 2 O is satisfied. In other words, the ray height of the principal ray in the mirror immediately upstream and immediately downstream of the pupil mirror is larger than the object height. A chief ray height CRH O in the object plane, the ratio between the chief ray height at least one of the upstream or downstream of the mirror of the pupil mirror optically, for example, at least 1.5, or at least 2.0, Or at least 2.5. Under these conditions, a small beam diameter is obtained in the pupil mirror, which makes it possible to have a small size pupil mirror.

一部の実施形態では、物体面と瞳ミラーの間に配置される光学要素は、瞳ミラーにおいて最大主光線角度CRAmax>25°を達成するように構成される。一部の実施形態では、30°よりも大きい、又は35よりも大きい、又は更に40°よりも大きい最大主光線角度が可能である。小さい瞳は、小さい直径を有する瞳ミラーの使用を可能にする。更に、それにより、投影ビームにおいて放射光の開口が大きい場合であっても、瞳ミラーを通過して放射光を誘導することが可能になる。従って、瞳ミラーにおける大きい主光線角度により、反射屈折直線配置システムにおいて高い像側開口数を得ることが容易になる。 In some embodiments, the optical element disposed between the object plane and the pupil mirror is configured to achieve a maximum chief ray angle CRA max > 25 ° in the pupil mirror. In some embodiments, a maximum chief ray angle greater than 30 °, or greater than 35, or even greater than 40 ° is possible. A small pupil allows the use of a pupil mirror with a small diameter. Furthermore, it makes it possible to guide the radiated light through the pupil mirror even when the radiated light has a large aperture in the projection beam. Therefore, a large chief ray angle at the pupil mirror makes it easy to obtain a high image side numerical aperture in a catadioptric linear arrangement system.

瞳ミラーの光学的に利用される自由直径DPMは、極端に小さいものとすることができる。一部の実施形態では、瞳ミラーは、投影対物器械全体の中で最小直径を有する光学要素である。瞳ミラー直径DPMは、投影対物器械内の光学要素における最大自由直径の50%よりも小さい、又は40%よりも小さい、又は30%よりも小さいものとすることができる。
投影対物器械は、必要に応じて開口の直径を調節することを可能にする開口絞りを有することができ、開口絞りの最大開口直径は、瞳ミラーの直径DPMの少なくとも2倍の大きさである。
The optically utilized free diameter DPM of the pupil mirror can be extremely small. In some embodiments, the pupil mirror is an optical element that has the smallest diameter in the overall projection objective. The pupil mirror diameter D PM may be less than 50%, or less than 40%, or less than 30% of the maximum free diameter of the optical element in the projection objective.
The projection objective can have an aperture stop that allows the aperture diameter to be adjusted as required, with the maximum aperture diameter of the aperture stop being at least twice as large as the pupil mirror diameter D PM. is there.

瞳ミラー表面の変形が、全ての視野点において本質的に同じである補正(本明細書では、これを「視野一定」の補正で表す)を発生させるように想定されている場合には、瞳ミラー上に入射する投影ビームの補正ステータスに特に重点を置くべきである。好ましくは、瞳ミラーにおける投影ビームは、次式の条件に従う。
|CRHi|/D0<0.1 (1)
0.9≦Di/D0≦1.1 (2)
上式において、|CRHi|は、物体視野点iの主光線の瞳ミラー表面における主光線高さの量であり、D0は、前記瞳ミラー表面における周辺光線高さの量の2倍であり、HRRiが、視野点iに対応する上側周縁光線の周縁光線高さであり、HRRLiが、視野点iに対応する下側周縁光線の周縁光線高さである場合に、Di=|HRRUi−HRRLi|は、視野点iに対する投影対物器械の入射瞳の像の瞳ミラー表面における子午方向の直径である。
主光線は、入射瞳の中心に対して最外側の視野点からの光線である。上述の条件(1)及び(2)が満たされる場合には、入射瞳の像は、瞳ミラーに又はその非常に近くに位置決めされ、それにより、瞳ミラーの変形に応じて視野一定の補正を得ることが可能になる。
If the deformation of the pupil mirror surface is assumed to produce a correction that is essentially the same at all field points (herein referred to as a “constant field of view” correction), the pupil Special emphasis should be given to the correction status of the projection beam incident on the mirror. Preferably, the projection beam at the pupil mirror complies with the condition:
| CRH i | / D 0 <0.1 (1)
0.9 ≦ D i / D 0 ≦ 1.1 (2)
Where | CRH i | is the principal ray height quantity of the principal ray at the object field point i on the pupil mirror surface, and D 0 is twice the marginal ray height quantity on the pupil mirror surface. Yes, if HRR i is the marginal ray height of the upper marginal ray corresponding to field point i and HRRL i is the marginal ray height of the lower marginal ray corresponding to field point i, then D i = | HRRU i -HRRL i | is the meridional diameter at the pupil mirror surface of the image of the entrance pupil of the projection objective for field point i.
The chief ray is a ray from the outermost field point with respect to the center of the entrance pupil. If the above conditions (1) and (2) are met, the image of the entrance pupil is positioned at or very close to the pupil mirror, so that a constant field of view is corrected according to the deformation of the pupil mirror. It becomes possible to obtain.

一部の実施形態では、軸線方向にコンパクトな設計が望ましい場合に、同じ一般的な向きのそれぞれの反射面を有する瞳ミラー及び別のミラーを互いに幾何学形状的に近く配置すべきであることが必要である場合がある。一部の実施形態では、この問題は、共通基板上に設けられた共通の曲率表面を共有するミラー表面を有する2つの凹ミラーで構成されたミラー対を設けることによって解決され、凹ミラーの一方は、瞳ミラーマニピュレータによって変形可能であるように構成された反射瞳ミラー表面を有する瞳ミラーであり、他方の凹ミラーは、瞳ミラー表面とは別々の剛体屈折表面を有する。このミラーの組合せは、1つの共通の装着構造内に設けることができ、それによって瞳ミラーの装着が容易になる。   In some embodiments, if a compact design in the axial direction is desired, a pupil mirror and another mirror with their respective reflective surfaces of the same general orientation should be placed geometrically close to each other May be necessary. In some embodiments, this problem is solved by providing a mirror pair composed of two concave mirrors having a mirror surface sharing a common curvature surface provided on a common substrate, one of the concave mirrors. Is a pupil mirror having a reflective pupil mirror surface configured to be deformable by a pupil mirror manipulator, the other concave mirror having a rigid refractive surface separate from the pupil mirror surface. This mirror combination can be provided in one common mounting structure, which facilitates the mounting of the pupil mirror.

一部の実施形態では、瞳ミラーは、瞳表面のうちの1つに又はその近くに配置され、1つ又はそれよりも多くの透過光学要素が、光学的に共役な瞳表面のうちの少なくとも1つに又はその近くに配置される。本明細書では、一般的に、瞳表面「に又はその近くに」の位置は、光線高さ比がRHR=MRH/CRH>1であるような、周辺光線高さMRHが主光線高さCRHよりも大きい位置として特徴付けることができる。吸収によって誘起される変形及びこれらのレンズ要素(共役瞳表面に近接する)内で引き起こされる屈折率変化は、波面収差を引き起こす可能性があり、これらの波面収差は、瞳ミラー表面を適切に変形することによるターゲット化方式で補償することができる。例えば、双極照明又は四重極照明のような極照明環境が用いられる場合には、それぞれ二重又は四重の放射対称性を有する不均一な放射光負荷が、瞳表面に近接する透過光学要素内で生じる可能性がある。二重又は四重の放射対称性を有する可能性がある得られる波面変形は、本質的に二重又は四重の放射対称性を伴って瞳ミラー表面を変形させることによる瞳ミラー表面の対応する変形によって少なくとも部分的に補償することができる。   In some embodiments, the pupil mirror is disposed at or near one of the pupil surfaces, and one or more transmissive optical elements are at least one of the optically conjugated pupil surfaces. One or close to it. In the present description, in general, the position “at or near” the pupil surface is such that the peripheral ray height MRH is the principal ray height CRH such that the ray height ratio is RHR = MRH / CRH> 1. Can be characterized as a larger position. Absorption-induced deformations and refractive index changes induced in these lens elements (close to the conjugate pupil surface) can cause wavefront aberrations, and these wavefront aberrations appropriately deform the pupil mirror surface It can be compensated by the targeting method. For example, when a polar illumination environment such as dipole illumination or quadrupole illumination is used, a non-uniform radiant light load having double or quadruple radiation symmetry, respectively, is transmitted through the transmissive optical element proximate the pupil surface Can occur within. The resulting wavefront deformation, which may have double or quadruple radial symmetry, corresponds to the pupil mirror surface by essentially deforming the pupil mirror surface with double or quadruple radial symmetry. The deformation can be at least partially compensated.

瞳ミラーにおける操作によってもたらされる補償機能は、用いられる光学材料の特性により、不均等な(不均一な)吸収によって誘起される加熱効果に対して特に敏感である場合がある光学材料を用いた光学システムにおいて特に有用なものとすることができる。例えば、投影対物器械のレンズのうちの一部又は全てを製造するのに溶融シリカ(合成石英ガラス)を用いることが望ましい場合がある。溶融シリカは、高NAマイクロリソグラフィ投影対物器械で要求されるような高光学品質及び大きいレンズを製造するのに十分大きな量及びサイズで利用可能である。更に、溶融シリカを処理して高品質光学面を得ることには十分な実績がある。更に、溶融シリカは、約190nm程度の短い波長になるまで事実上吸収を持たない。従って、対物器械のレンズに向けて多量の溶融シリカを用いることが望ましい場合がある。一方、溶融シリカの比熱伝導率は、フッ化カルシウム(CaF2)及び他のフッ化アルカリ結晶材料の比熱伝導率よりも小さく、これらの材料は、157nmのような短い波長においてでさえも吸収が非常に低いので、これらの短い波長に用いられる。フッ化カルシウムの比熱伝導率は溶融シリカのものよりも大きく、不均等加熱によって引き起こされる局所温度勾配は、比較的高い比熱伝導率を有する材料内でより速くかつより効率的に平均化することができるので、投影放射光による不均等加熱の負の効果は、溶融シリカと比較してフッ化カルシウムでは小さいものとすることができ、それにより、上記材料で作られたシステムは、不均等レンズ加熱によって引き起こされる問題の影響を受け難くなる。レンズ加熱効果を補償するように操作することができる瞳ミラーを設けることにより、例えば、ある一定の照明条件(例えば、双極照明又は四重極照明)の下で、及び/又は結像されるある一定のパターン構造の使用を受けて、レンズ材料の不均等加熱が発生する見込みが高い、共役瞳表面の又はそれに近接する位置においてさえも溶融シリカを用いることが可能になる。 The compensation function brought about by the operation in the pupil mirror can be particularly sensitive to heating effects induced by non-uniform (non-uniform) absorption, depending on the properties of the optical material used. It can be particularly useful in the system. For example, it may be desirable to use fused silica (synthetic quartz glass) to manufacture some or all of the projection objective lenses. Fused silica is available in large quantities and sizes to produce high optical quality and large lenses as required by high NA microlithographic projection objectives. Furthermore, there is a sufficient track record for treating fused silica to obtain high quality optical surfaces. Further, fused silica has virtually no absorption until it has a wavelength as short as about 190 nm. Thus, it may be desirable to use a large amount of fused silica towards the objective lens. On the other hand, the specific heat conductivity of fused silica is smaller than that of calcium fluoride (CaF 2 ) and other alkali fluoride crystal materials, and these materials absorb even at short wavelengths such as 157 nm. It is very low and is used for these short wavelengths. The specific heat conductivity of calcium fluoride is greater than that of fused silica, and local temperature gradients caused by non-uniform heating can average faster and more efficiently in materials with relatively high specific heat conductivity. So, the negative effect of non-uniform heating by projection radiation can be less with calcium fluoride compared to fused silica, so that the system made with the above materials can produce non-uniform lens heating Less susceptible to problems caused by. By providing a pupil mirror that can be manipulated to compensate for lens heating effects, for example, under certain lighting conditions (eg, dipole or quadrupole illumination) and / or being imaged With the use of a constant pattern structure, it is possible to use fused silica even at or near the conjugate pupil surface where the non-uniform heating of the lens material is likely to occur.

一部の実施形態では、光学的に共役な瞳表面における又はそれに近接する光学要素は、フッ化カルシウムの比熱伝導率よりも小さい比熱伝導率を有する光学材料で作られる。光学的に共役な瞳表面における又はそれに近接する光学要素は、例えば、溶融シリカから作ることができる。
一部の実施形態では、投影対物器械の全てのレンズの少なくとも90%は、溶融シリカから作られる。一部の実施形態では、全てのレンズは溶融シリカから作られる。
In some embodiments, the optical element at or near the optically conjugated pupil surface is made of an optical material having a specific heat conductivity that is less than the specific heat conductivity of calcium fluoride. The optical elements at or near the optically conjugated pupil surface can be made, for example, from fused silica.
In some embodiments, at least 90% of all lenses of the projection objective are made from fused silica. In some embodiments, all lenses are made from fused silica.

実施形態は、例えば、像側開口数NA≧0.6を有することができ、それにより、マイクロリソグラフィにおける使用が可能になり、マイクロリソグラフィ露光処理において小さい特徴部サイズが得られる。NA≧0.7を有する実施形態が可能である。一部の実施形態では、反射屈折投影対物器械は、「乾式システム」、すなわち、投影対物器械の出射表面と像面の間の像空間(基板が配置されるところ)が、1に近い屈折率を有するガスで満たされる乾式処理に結像収差に関して適応する投影対物器械における理論限界値に近い像側開口数NA≧0.8又は更にNA≧0.9を有する。   Embodiments can have, for example, an image-side numerical aperture NA ≧ 0.6, which allows for use in microlithography and results in a small feature size in a microlithographic exposure process. Embodiments with NA ≧ 0.7 are possible. In some embodiments, the catadioptric projection objective is a “dry system”, ie, an image space (where the substrate is located) between the exit surface of the projection objective and the image plane where the refractive index is close to unity. Image-side numerical aperture NA ≧ 0.8 or even NA ≧ 0.9 close to the theoretical limit in a projection objective adapted for imaging aberrations in a dry process filled with a gas having

他の実施形態では、反射屈折投影対物器械は、投影対物器械の出射表面と像面の間の像空間が、1よりも有意に大きい屈折率を有する液浸媒体で満たされる湿式処理に結像収差に関して適応する液浸対物器械として設計される。例えば、屈折率は、1.3又はそれよりも大きく、又は1.4又はそれよりも大きく、又は1.5又はそれよりも大きいとすることができる。投影対物器械は、例えば、屈折率nl>1.3を有する液浸媒体と共に用いられる時に、像側開口数NA>1.0、例えば、NA≧1.1、又はNA≧1.2、又はNA≧1.3を有する。代替的に、投影対物器械は、液浸媒体と共に用いられる時に、像側開口数NA<1.0を有することができる。 In another embodiment, the catadioptric projection objective is imaged in a wet process where the image space between the exit surface and the image plane of the projection objective is filled with an immersion medium having a refractive index significantly greater than 1. Designed as an immersion objective adapted for aberrations. For example, the refractive index can be 1.3 or greater, or 1.4 or greater, or 1.5 or greater. The projection objective, for example, when used with an immersion medium having a refractive index n l > 1.3, image side numerical aperture NA> 1.0, eg NA ≧ 1.1, or NA ≧ 1.2, Or NA ≧ 1.3. Alternatively, the projection objective can have an image side numerical aperture NA <1.0 when used with an immersion medium.

一般的に、像側開口数NAは、像空間内の周囲の媒体の屈折率によって制限される。液浸リソグラフィでは、理論的に可能な開口数NAは、液浸媒体の屈折率によって制限される。液浸媒体は、液体(液体液浸、「湿式処理」)又は固体(固体液浸)とすることができる。
実用的な理由から、開口は、最後の媒体、すなわち、像に最も近接する媒体の屈折率に任意に近づいてはならず、これは、それに従って伝播角度が光軸に対して非常に大きくなるからである。経験的には、像側NAは、像側の最後の媒体の屈折率の約95%まで近づけることができる。λ=193nmにおける液浸リソグラフィでは、これは、水(nH2O=1.43)を液浸媒体とする場合の開口数NA=1.35に対応する。
In general, the image-side numerical aperture NA is limited by the refractive index of the surrounding medium in the image space. In immersion lithography, the theoretically possible numerical aperture NA is limited by the refractive index of the immersion medium. The immersion medium can be liquid (liquid immersion, “wet processing”) or solid (solid immersion).
For practical reasons, the aperture should not be arbitrarily close to the refractive index of the last medium, i.e. the medium closest to the image, which results in a very large propagation angle relative to the optical axis. Because. Empirically, the image side NA can be close to about 95% of the refractive index of the last medium on the image side. In immersion lithography at λ = 193 nm, this corresponds to a numerical aperture NA = 1.35 with water (n H2O = 1.43) as the immersion medium.

一部の実施形態は、像側NAの範囲を値NA=1.35及びそれを超えて拡張することを可能にするように構成される。一部の実施形態では、少なくとも1つの光学要素は、作動波長で屈折率n≧1.6を有する高屈折率材料から作られた高屈折率光学要素である。屈折率は、作動波長で約1.7又はそれよりも大きく、又は1.8又はそれよりも大きく、又は更に1.9又はそれよりも大きいとすることができる。作動波長は、248nm又は193nmのような260nmよりも短い深紫外(DUV)領域内のものとすることができる。   Some embodiments are configured to allow the range of the image side NA to be extended beyond the value NA = 1.35 and beyond. In some embodiments, the at least one optical element is a high refractive index optical element made from a high refractive index material having a refractive index n ≧ 1.6 at the operating wavelength. The refractive index may be about 1.7 or greater, or 1.8 or greater, or even 1.9 or greater at the operating wavelength. The operating wavelength can be in the deep ultraviolet (DUV) region shorter than 260 nm, such as 248 nm or 193 nm.

投影対物器械は、照明システムに最も近接する最終光学要素を有する。照明システムの直近にある最終光学要素の出射側は、投影対物器械の出射表面を形成する。出射表面は、平坦又は曲率、例えば、凹面とすることができる。一部の実施形態では、最終光学要素は、作動波長において屈折率n>1.6を有する高屈折率材料で少なくとも部分的に作られる。例えば、最終光学要素は、球面又は非球面曲率の入射表面、及び照明システムに直近の平坦な出射表面を有する一体的な平凸レンズとすることができる。   The projection objective has a final optical element that is closest to the illumination system. The exit side of the final optical element in the immediate vicinity of the illumination system forms the exit surface of the projection objective. The exit surface can be flat or curved, eg concave. In some embodiments, the final optical element is at least partially made of a high refractive index material having a refractive index n> 1.6 at the operating wavelength. For example, the final optical element can be an integral plano-convex lens with a spherical or aspheric curvature entrance surface and a flat exit surface proximate to the illumination system.

高屈折率材料は、例えば、約λ=193nmの短さになるまで高屈折率材料として用いることができるサファイア(Al23)とすることができる。一部の実施形態では、高屈折率材料は、λ=193nmにおいて屈折率n=2.14を有するルテチウムアルミニウムガーネット(LuAG)である。高屈折率材料は、フッ化バリウム(BaF2)、フッ化リチウム(LiF)、又はフッ化バリウムリチウム(BaLiF3)とすることができる。純水のものよりも高い屈折率を有する液浸液、例えば、屈折率上昇添加剤を加えた水、又は193nmでnl=1.65を有するシクロヘキサンを用いることができる。一部の実施形態では、λ=193nmにおいて、NA=1.55のような像側開口数NA>1.4及びNA>1.5を得ることができる。液浸リソグラフィのための反射屈折投影対物器械における高屈折率材料の使用は、例えば、本出願人の米国特許出願出願番号第11/151、465号に開示されている。高屈折率材料の使用に関するこの文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。 The high refractive index material can be, for example, sapphire (Al 2 O 3 ), which can be used as a high refractive index material until it is as short as about λ = 193 nm. In some embodiments, the high refractive index material is lutetium aluminum garnet (LuAG) having a refractive index n = 2.14 at λ = 193 nm. The high refractive index material can be barium fluoride (BaF 2 ), lithium fluoride (LiF), or barium lithium fluoride (BaLiF 3 ). An immersion liquid having a higher refractive index than that of pure water, such as water with an additive for increasing the refractive index, or cyclohexane having n l = 1.65 at 193 nm can be used. In some embodiments, at λ = 193 nm, image-side numerical apertures NA> 1.4 and NA> 1.5, such as NA = 1.55, can be obtained. The use of high refractive index materials in catadioptric projection objectives for immersion lithography is disclosed, for example, in commonly assigned US patent application Ser. No. 11 / 151,465. The disclosure of this document regarding the use of high index materials is incorporated herein by reference.

本発明は、特に像側開口数NA>1における液浸リソグラフィを可能にする中程度の寸法の反射屈折投影対物器械を提供することを可能にする。投影対物器械の結像特性は、投影対物器械の作動時間中に反射瞳ミラー表面の形状を調節することによって動的に修正することができる。瞳ミラーにおいて、投影ビームの補正ステータスに関するある一定の条件が守られる場合には、視野にわたって本質的に一定(僅かの変化又は変化がない)の補正効果(視野一定の補正)を得ることができる。液浸システムでは、これらの機能は、例えば、作動中の温度変化によって引き起こされる可能性がある液浸液の光学特性の時間依存変化によって引き起こされる結像収差を補償するために用いることができる。例えば、ウェーハにおける実質的にテレセントリックな像内で液浸層の温度ドリフトによって引き起こされる球面収差への視野一定の寄与を補償することができる。
この補償は、投影対物器械の種類に依存せずに(例えば、中間像を有するか又は伴わない液浸液投影対物器械又は折り畳み投影対物器械)利用することができる。
The present invention makes it possible to provide a medium size catadioptric projection objective that allows immersion lithography, particularly at image side numerical aperture NA> 1. The imaging characteristics of the projection objective can be modified dynamically by adjusting the shape of the reflective pupil mirror surface during the operation time of the projection objective. In the pupil mirror, if certain conditions regarding the correction status of the projection beam are observed, an essentially constant (slight change or no change) correction effect over the field of view (constant field of view correction) can be obtained. . In an immersion system, these functions can be used, for example, to compensate for imaging aberrations caused by time-dependent changes in the optical properties of the immersion liquid that can be caused by temperature changes during operation. For example, a constant field of view contribution to spherical aberration caused by immersion layer temperature drift can be compensated for in a substantially telecentric image at the wafer.
This compensation can be used independently of the type of projection objective (eg an immersion or folding projection objective with or without an intermediate image).

別の態様によると、本発明は、反射屈折投影対物器械を利用して半導体素子及び他の種類のマイクロデバイスを製作する方法にも関連し、これは、規定パターンをもたらすマスクを投影対物器械の物体面内に配置する段階と、マスクを規定波長を有する紫外線で照明する段階と、投影対物器械の出射表面と実質的に投影対物器械の像面内に配置された基板表面を有する基板との間に、実質的に1よりも大きい屈折率を有する液浸液によって形成された液浸層を配置する段階と、パターンの像を液浸層を通じて感光基板上に投影する段階と、投影対物器械の瞳表面に又はその近くに位置決めされた反射瞳ミラー表面を有する瞳ミラーの表面形状を変更することにより、投影対物器械の結像特性を調節する段階とを含む。   According to another aspect, the present invention also relates to a method of fabricating a semiconductor device and other types of microdevices utilizing a catadioptric projection objective, which includes a mask that provides a defined pattern of the projection objective. Locating in the object plane, illuminating the mask with ultraviolet light having a specified wavelength, and a substrate having an exit surface of the projection objective and a substrate surface disposed substantially in the image plane of the projection objective In between, disposing an immersion layer formed by an immersion liquid having a refractive index substantially greater than 1, projecting an image of the pattern onto the photosensitive substrate through the immersion layer, and a projection objective Adjusting the imaging characteristics of the projection objective by changing the surface shape of the pupil mirror having a reflective pupil mirror surface positioned at or near the pupil surface of the projection objective.

調節段階は、投影対物器械の使用場所における基板の露光中、及び/又は基板の交換及び/又は異なるマスク間の交換中、及び/又は異なる照明環境の間での変更中に実施することができる。
双極照明又は四重極照明のような小さい干渉程度しか持たない照明環境が用いられる場合には、レンズ加熱効果が特に明瞭な場合があることが観測されている。これらの条件の下では、投影対物器械の瞳表面に又はその近くに位置決めされたレンズのような透過光学要素は、空間的に不均一な放射光負荷に露出される可能性があり、局所的な放射光強度の最高点及び結像の回折が最大の領域内での局所的な加熱が引き起こされる。それにより、例えば、双極照明又は四重極照明のいずれが用いられるかに依存してほぼ二重又は四重の放射対称性を有するレンズ要素の固有変形及び屈折率変化が生じる可能性がある。更に、これらの変形及び屈折率変化は、対応する波面変形を引き起こす可能性があり、結像性能が悪化する。
The adjustment step can be performed during exposure of the substrate at the location of use of the projection objective and / or during exchange of the substrate and / or between different masks and / or during changes between different illumination environments. .
It has been observed that the lens heating effect may be particularly clear when an illumination environment is used that has only a small degree of interference, such as dipole or quadrupole illumination. Under these conditions, transmissive optical elements such as lenses positioned at or near the pupil surface of the projection objective can be exposed to spatially non-uniform radiation loads and are locally Local heating in the region of maximum peak of the emitted light intensity and maximum diffraction of the imaging is caused. This can lead to inherent deformations and refractive index changes of lens elements having approximately double or quadruple radial symmetry, for example depending on whether dipole or quadrupole illumination is used. Furthermore, these deformations and refractive index changes can cause corresponding wavefront deformations, degrading imaging performance.

これらの問題及び他の問題に対する解決法は、反射屈折投影対物器械を利用して半導体素子及び他の種類のマイクロデバイスを製作する方法であり、これは、規定パターンをもたらすマスクを投影対物器械の物体面内に配置する段階と、照明システムによって定められた照明環境を利用して、規定波長を有する紫外線でマスクを照明する段階と、照明システムの瞳表面内、及び投影対物器械の少なくとも1つの光学的に共役な瞳表面内で、光軸の外側の領域内の光強度が光軸又はその近くの光強度よりも大きい軸外照明環境を形成するように照明を調節する段階と、投影対物器械の瞳表面における又はその近くの光学要素に対する空間的に不均一な放射光負荷によって引き起こされる波面収差が少なくとも部分的に補償されるように、軸外照明環境に適応する方式で、投影対物器械の瞳表面に又はその近くに位置決めされた反射瞳ミラー表面を有する瞳ミラーの表面形状を変更することにより、投影対物器械の結像特性を調節する段階とを含む。   A solution to these and other problems is the use of catadioptric projection objectives to fabricate semiconductor elements and other types of microdevices, which include masks that provide a defined pattern in projection objectives. Locating in the object plane; illuminating the mask with ultraviolet light having a defined wavelength utilizing an illumination environment defined by the illumination system; and in the pupil surface of the illumination system and at least one of the projection objectives Adjusting the illumination within the optically conjugated pupil surface to form an off-axis illumination environment in which the light intensity in the region outside the optical axis is greater than or near the optical axis; and the projection objective Off-axis illumination so that wavefront aberrations caused by spatially non-uniform radiation loading on optical elements at or near the pupil surface of the instrument are at least partially compensated Adjusting the imaging characteristics of the projection objective by changing the surface shape of the pupil mirror having a reflective pupil mirror surface positioned at or near the pupil surface of the projection objective in a manner adapted to the environment; including.

一般的に、照明環境は、マスク又は別のパターン化手段によって設けられるパターンの種類に従って設定することができる。照明環境の変更は、所定の構造を有する第1のレチクルが、別の構造を有する第2のレチクルによって置換される時に実施することができる。複数の露光を用いる露光法では、連続する露光段階において所定の構造を照明する上で、任意的に軸外照明環境を含む2つ又はそれよりも多くの異なる照明環境を用いることができる。軸外照明環境は、双極照明又は四重極照明のような極照明環境とすることができる。   In general, the lighting environment can be set according to the type of pattern provided by the mask or another patterning means. The lighting environment can be changed when a first reticle having a predetermined structure is replaced by a second reticle having another structure. In an exposure method using multiple exposures, two or more different illumination environments, optionally including off-axis illumination environments, can be used to illuminate a given structure in successive exposure steps. The off-axis illumination environment can be a polar illumination environment such as dipole illumination or quadrupole illumination.

液浸層及び/又は投影対物器械の特性の変化によって引き起こされる収差のうちの一部は、比較的短い時間スケールにおける動的効果とすることができるので、任意的に液浸層の光学特性の時間依存変化及び/又は利用している軸外極照明環境等によって誘起される変化を含む投影システムの光学特性の時間依存変化に関連する結像収差(又は結像収差に影響を及ぼす他の特性)を適切な検出器(又はセンサ)によって検出(又は感知)し、これらの時間依存変化を示す感知信号を発生させ、更に瞳ミラー表面の形状の変形が、時間依存変化を少なくとも部分的に補償するのに有効になるように、感知信号に応じて瞳ミラーマニピュレータによる瞳ミラー表面の形状変更を駆動することを達成することができる。それによって瞳ミラーマニピュレータは、制御ループ内に統合され、結像収差の実時間制御が可能になる。特に、瞳ミラーマニピュレータは、液浸液の屈折率変化によって引き起こされる視野一定収差寄与が少なくとも部分的に補償されるように駆動することができる。それにより、液浸リソグラフィのより安定した処理を得ることができる。   Since some of the aberrations caused by changes in the properties of the immersion layer and / or projection objective can be dynamic effects on a relatively short time scale, optionally the optical properties of the immersion layer Imaging aberrations related to time-dependent changes in the optical properties of the projection system, including time-dependent changes and / or changes induced by the off-axis pole illumination environment being utilized, etc. (or other characteristics that affect imaging aberrations) ) Are detected (or sensed) by an appropriate detector (or sensor) to generate a sensing signal indicative of these time-dependent changes, and further deformation of the pupil mirror surface shape at least partially compensates for the time-dependent changes. Driving the shape change of the pupil mirror surface by the pupil mirror manipulator in response to the sensing signal can be achieved so as to be effective to do so. Thereby, the pupil mirror manipulator is integrated into the control loop, allowing real-time control of imaging aberrations. In particular, the pupil mirror manipulator can be driven such that the constant field aberration contribution caused by the refractive index change of the immersion liquid is at least partially compensated. Thereby, a more stable process of immersion lithography can be obtained.

例えば、結像収差は、干渉計又は他の適切な直接測定システムを用いて直接検出することができる。間接的な方法も可能である。例えば、液浸液が用いられる場合には、液浸層を形成する液浸液の温度をモニタするために温度センサを設けることができ、更に、温度変化によって引き起こされる屈折率変化をこれらの測定値からルックアップテーブルに基づいて経験的に導出し、瞳ミラーを動的に操作することによって補償することができる。   For example, imaging aberrations can be detected directly using an interferometer or other suitable direct measurement system. An indirect method is also possible. For example, if an immersion liquid is used, a temperature sensor can be provided to monitor the temperature of the immersion liquid forming the immersion layer, and the refractive index change caused by the temperature change can be measured in these measurements. It can be empirically derived from the value based on a lookup table and compensated by dynamically manipulating the pupil mirror.

代替的又は追加的に、望ましい瞳ミラー形状を得るために、操作のフィードフォワード制御を利用することができる。例えば、制御ユニットは、照明システムにおいて設定された極照明環境の種類を示す信号を受信することができ、投影対物器械の瞳表面における又はそれに近接するレンズ内の局所的に不均一な吸収によって誘起される加熱によって引き起こされる波面変形が少なくとも部分的に補償されるように瞳ミラー表面を変形するために、ルックアップテーブルなどに基づいて瞳ミラーマニピュレータに適切な制御信号を供給することができる。
以上の及び他の特性は、特許請求の範囲だけではなく、個々の特徴が本発明の実施形態としてかつ他の分野において単独又は部分的組合せで用いられ、有利で特許性のある実施形態を個々に表すことができる説明及び図面内にも見ることができる。
Alternatively or additionally, feedforward control of operation can be utilized to obtain the desired pupil mirror shape. For example, the control unit can receive a signal indicating the type of polar illumination environment set in the illumination system, induced by locally non-uniform absorption in the lens at or near the pupil surface of the projection objective. Appropriate control signals can be provided to the pupil mirror manipulator, such as based on a look-up table, to deform the pupil mirror surface so that wavefront deformation caused by the applied heating is at least partially compensated.
These and other characteristics are not limited to the claims, but individual features may be used individually or in partial combinations as individual or partial combinations of embodiments of the present invention and in other fields. It can also be seen in the description and drawings that can be represented in

NA=0.98で変形可能凹瞳ミラーを有する第1の実施形態のマイクロリソグラフィのための直線配置反射屈折乾式対物器械のレンズ断面図である。1 is a lens cross-sectional view of a linearly arranged catadioptric dry objective for microlithography of the first embodiment having a deformable concave pupil mirror with NA = 0.98. FIG. 図1の実施形態と同様の反射屈折直線配置投影対物器械を通した略軸断面図である。FIG. 2 is a schematic axial section through a catadioptric linear arrangement projection objective similar to the embodiment of FIG. 1; 適応瞳ミラーと軸外で照らされるミラーとを形成する凹ミラー対を共通基板上に含む図1の実施形態におけるミラー群の周囲の領域の拡大詳細図である。FIG. 2 is an enlarged detail view of a region around a mirror group in the embodiment of FIG. 1 including a pair of concave mirrors on a common substrate forming an adaptive pupil mirror and a mirror illuminated off-axis. 瞳ミラーにおける投影ビームの補正ステータスに影響を与える特徴を示す概略図である。It is the schematic which shows the characteristic which influences the correction status of the projection beam in a pupil mirror. NA=1.2で矩形の有効物体視野を用いる第2の実施形態の液浸リソグラフィのための反射屈折直線配置投影対物器械のレンズ断面図である。FIG. 6 is a lens cross section of a catadioptric linearly arranged projection objective for immersion lithography of a second embodiment using a rectangular effective object field with NA = 1.2. NA=1.55で弓形の有効物体視野(円環視野)を用いる第3の実施形態の液浸リソグラフィに適応する反射屈折直線配置投影対物器械のレンズ断面図である。FIG. 9 is a lens cross-sectional view of a catadioptric linear array projection objective adapted for immersion lithography of a third embodiment using NA = 1.55 and an arcuate effective object field (annular field). 1つの瞳ミラーを含む4つの凹ミラーから成るミラー群を有する別の実施形態の反射屈折直線配置投影対物器械を通した略軸断面図である。FIG. 6 is a schematic axial cross-section through another embodiment of a catadioptric linear arrangement projection objective having a group of four concave mirrors including a pupil mirror. 2つの瞳ミラーを含む4つの凹ミラーから成るミラー群を有する別の実施形態の反射屈折直線配置投影対物器械を通した略軸断面図である。FIG. 6 is a schematic axial cross-section through another embodiment of a catadioptric linear array projection objective having a mirror group of four concave mirrors including two pupil mirrors. スリット形照明視野を作り出すように設計された照明システム及び変形可能瞳ミラーを含む4つの凹ミラーを有する反射屈折投影対物器械を有するマイクロリソグラフィのための走査投影露光システムの概略図である。1 is a schematic view of a scanning projection exposure system for microlithography with a catadioptric projection objective having four illumination mirrors including an illumination system and a deformable pupil mirror designed to create a slit-shaped illumination field; FIG. NA=0.75で弓形の有効物体視野(円環視野)を用いる乾式リソグラフィに適応する反射屈折直線配置投影対物器械のレンズ断面図である。FIG. 6 is a lens cross-sectional view of a catadioptric linear array projection objective adapted for dry lithography with NA = 0.75 and an arcuate effective object field (ring field). NA=1.25で矩形の有効物体視野を用いる実施形態の液浸リソグラフィに適応する折り畳み反射屈折投影対物器械のレンズ断面図である。FIG. 6 is a lens cross section of a folded catadioptric projection objective adapted for immersion lithography of an embodiment using a rectangular effective object field with NA = 1.25.

以下の好ましい実施形態の説明では、関わる物体は、集積回路の層のパターン又はいずれか他のパターン、例えば、回折格子パターンを保持するマスク(レチクル)である。物体の像は、フォトレジスト層で被覆した基板としての役割を達成するウェーハ上に投影されるが、液晶ディスプレイの構成要素又は光学回折格子のための基板のような他の種類の基板も同じく利用可能である。
複数のミラーを有する実施形態を説明する。別途説明しない限り、ミラーには、放射光がミラー上で反射される順序に従って番号を振ることにする。言い換えれば、ミラーの番号は、幾何学形状的位置に従うのではなく、放射光の光路に沿った位置に従ってミラーを表している。
適切な場合には、異なる実施形態における等しいか又は同様の特徴又は特徴群は、同様の参照識別で表している。
図に示す設計仕様を開示するのに表を提供している箇所では、単一又は複数の表は、それぞれの図と同じ番号で示している。
In the following description of the preferred embodiment, the object involved is a mask (reticle) that holds a pattern of an integrated circuit layer or any other pattern, for example a diffraction grating pattern. The object image is projected onto a wafer that serves as a substrate coated with a photoresist layer, but other types of substrates such as liquid crystal display components or substrates for optical diffraction gratings are used as well. Is possible.
An embodiment having a plurality of mirrors will be described. Unless otherwise explained, the mirrors are numbered according to the order in which the emitted light is reflected on the mirrors. In other words, the mirror number represents the mirror according to its position along the optical path of the emitted light, not according to its geometric position.
Where appropriate, equal or similar features or groups of features in different embodiments are represented with similar reference identifications.
Where tables are provided to disclose the design specifications shown in the figures, single or multiple tables are indicated by the same numbers as the respective figures.

下記に説明する一部の実施形態では、全ての曲率ミラーの曲率表面は、ミラー群軸とも表す共通の回転対称軸を有する。ミラー群軸は、投影対物器械の光軸OAと一致する。同軸システム又は直線配置システムとも称する軸対称光学システムは、この手法で提供する。物体面及び像面は平行である。偶数回の反射が発生する。有効に用いられる物体視野及び像視野は軸外であり、すなわち、完全に光軸の外側に位置決めされる。全てのシステムは、光軸を中心とする円形の瞳を有し、それによってマイクロリソグラフィのための投影対物器械としての使用が可能になる。
他の実施形態では、光軸は、互いに対してある角度で傾いた軸セグメントへと折り畳まれる。
In some embodiments described below, the curvature surfaces of all curvature mirrors have a common axis of rotational symmetry, also referred to as the mirror group axis. The mirror group axis coincides with the optical axis OA of the projection objective. An axisymmetric optical system, also referred to as a coaxial system or a linear arrangement system, is provided in this manner. The object plane and the image plane are parallel. An even number of reflections occur. Effectively used object and image fields are off-axis, i.e., completely positioned outside the optical axis. All systems have a circular pupil centered on the optical axis, which allows it to be used as a projection objective for microlithography.
In other embodiments, the optical axes are folded into axial segments that are inclined at an angle relative to each other.

図1は、平坦な物体面OS(対物面)内に配置されたレチクル上のパターン像を厳密に2つの実中間像IMI1及びIMI2を作成しながら平坦な像面IS(像平面)上に縮小スケール、例えば、4:1で投影するように設計された第1の実施形態の反射屈折投影対物器械100のレンズ断面を示している。それにより、光軸OAの外側に位置決めされた軸外有効物体視野OFは、軸外像視野IF上に投影される。図2は、図1に示している種類の投影対物器械のバージョンの概略図を示している。   FIG. 1 shows that a pattern image on a reticle arranged in a flat object plane OS (objective plane) is reduced on a flat image plane IS (image plane) while creating two actual intermediate images IMI1 and IMI2. 1 shows a lens cross section of a first embodiment catadioptric projection objective 100 designed to project at a scale, eg, 4: 1. Thereby, the off-axis effective object field OF positioned outside the optical axis OA is projected onto the off-axis image field IF. FIG. 2 shows a schematic view of a version of a projection objective of the kind shown in FIG.

投影ビームのビーム経路を辿るのを容易にするために、図1及び図2では軸外物体視野OFの外側視野点の主光線CRの経路を太線で示している。本出願の論旨では、「主光線」(主要光線としても公知である)という用語は、有効に用いられる物体視野OFの最外側視野点(光軸から最も遠く離れた)から入射瞳の中心へと延びる光線を表している。このシステムの回転対称性に起因して、主光線は、説明目的で図に示しているように、子午面内の対応する視野点から選択することができる。物体側で本質的にテレセントリックである投影対物器械では、主光線は、物体面から光軸に対して平行又は非常に小さい角度で発射される。結像過程は、周辺光線の軌道によって更に特徴付けられる。本明細書に用いる「周辺光線」は、軸上物体視野点(光軸上の視野点)から開口絞りの縁部へと延びる光線である。この周辺光線は、軸外有効物体視野が用いられる場合には、口径食の理由から像形成に寄与することができない。結像過程は、更に「周縁光線」の軌道によって特徴付けられる。本明細書に用いる「周縁光線」は、軸外物体視野点(光軸からある距離にある視野点)から開口絞りの縁部へと延びる光線である。「上側周縁光線」という用語は、伝播方向に光軸に対する距離が増大する、すなわち、物体面の近くで光軸から逃げる周縁光線を意味する。それとは反対に「下側周縁光線」という用語は、伝播方向に光軸に対する距離が減少する、すなわち、物体面の近くで光軸に近づく周縁光線を意味する。主光線及び周辺光線、並びに周縁光線は、投影対物器械の光学特性を特徴付けるように選択される(図4に関する説明も参照されたい)。そのような選択された光線と光軸の間に含まれる角度は、「主光線角度」、「周辺光線角度」等で表している。そのような選択された光線と光軸の間の半径方向距離は、「主光線高さ」、「周辺光線高さ」等で表している。   In order to make it easier to follow the beam path of the projection beam, the path of the principal ray CR at the outer field point of the off-axis object field OF is indicated by a bold line in FIGS. For the purposes of this application, the term “chief ray” (also known as the chief ray) refers to the outermost field point (farthest away from the optical axis) of the effectively used object field OF to the center of the entrance pupil. Represents a light beam extending. Due to the rotational symmetry of this system, the chief rays can be selected from corresponding field points in the meridian plane, as shown in the figure for illustrative purposes. In projection objectives that are essentially telecentric on the object side, the chief ray is launched from the object plane at a parallel or very small angle to the optical axis. The imaging process is further characterized by the trajectory of the peripheral rays. As used herein, a “marginal ray” is a ray that extends from an axial object field point (field point on the optical axis) to the edge of the aperture stop. This marginal ray cannot contribute to image formation due to vignetting when an off-axis effective object field is used. The imaging process is further characterized by a “marginal ray” trajectory. As used herein, a “marginal ray” is a ray that extends from an off-axis object field point (field point at a distance from the optical axis) to the edge of the aperture stop. The term “upper marginal ray” means a marginal ray that increases in distance in the propagation direction with respect to the optical axis, ie, escapes from the optical axis near the object plane. On the other hand, the term “lower marginal ray” means a marginal ray that decreases in distance to the optical axis in the propagation direction, ie, approaches the optical axis near the object plane. The chief and marginal rays and the marginal rays are selected to characterize the optical properties of the projection objective (see also the description with respect to FIG. 4). Such angles included between the selected light beam and the optical axis are represented by “principal light beam angle”, “peripheral light beam angle”, and the like. Such a radial distance between the selected light beam and the optical axis is represented by “principal ray height”, “peripheral ray height”, and the like.

投影対物器械100は、真っ直ぐな(折り畳みのない)共通光軸OAに沿って整列する5つの光学要素群、すなわち、物体面の直後で正の屈折力を有する第1のレンズ群LG1、第1のレンズ群の直後で全体的に正の屈折力を有するミラー群MG、ミラー群の直後で正の屈折力を有する第2のレンズ群LG2、第2のレンズ群の直後で負の屈折力を有する第3のレンズ群LG3、及び第3のレンズ群の直後で正の屈折力を有する第4のレンズ群LG4へと細分化することができる。レンズ群LG1からLG4は、純屈折性のものであり、ミラー群MGは、純反射性のものである(反射面のみ)。   The projection objective 100 includes five optical element groups aligned along a straight (unfolded) common optical axis OA, that is, a first lens group LG1 having a positive refractive power immediately after the object plane, A mirror group MG having a positive refractive power as a whole immediately after the lens group, a second lens group LG2 having a positive refractive power immediately after the mirror group, and a negative refractive power immediately after the second lens group. It can be subdivided into the third lens group LG3 and the fourth lens group LG4 having positive refractive power immediately after the third lens group. The lens groups LG1 to LG4 are purely refractive, and the mirror group MG is purely reflective (only the reflecting surface).

第1のレンズ群LG1(前部レンズ群とも表す)は、投影対物器械のテレセントリックな入射瞳を強い正の屈折力で第1の瞳表面P1内に結像するように設計され、それによって単一フーリエ変換を実行するフーリエレンズ群の方式で機能する。このフーリエ変換は、第1の瞳表面P1において28°程度の比較的大きい主光線角度CRAP1を引き起こす。その結果、第1の瞳表面における瞳直径は比較的小さい。 The first lens group LG1 (also referred to as the front lens group) is designed to image the telecentric entrance pupil of the projection objective into the first pupil surface P1 with a strong positive refractive power, thereby It functions in the form of a Fourier lens group that performs one Fourier transform. This Fourier transform causes a relatively large chief ray angle CRA P1 on the first pupil surface P1 of the order of 28 °. As a result, the pupil diameter at the first pupil surface is relatively small.

第1の瞳表面P1から出現する放射光は、物体側に面して非球面凹ミラー表面を有する第1のミラーM1上に入射し、第1のミラーM1から下流のある距離のところに中間像IMI1を形成する。次に放射光は、非球面凹ミラーとして設計された第2のミラーM2上で反射され、光軸OAを含む反射面を有する第3のミラーM3に向けてある傾斜角度で反射される。第3のミラーの凹ミラー表面は、主光線が光軸と交わるところである第2の瞳表面P2内に位置決めされる。非常に大きな主光線角度CRAPM≒42°が第2の瞳表面で作り出されるので、小さいサイズの第2の瞳が得られる(ラグランジュの不変量)。第3のミラーM3(瞳ミラーPM)から大きい主光線角度で反射される放射光は、第4のミラーM4の非球面像側凹ミラー表面上の反射によって捕捉され、第4のミラーは、この放射光ビームを第4のミラーM4から直ぐ下流のある距離のところにある第2の中間像IMI2に向けて収束させるように設計された屈折力を有する。 The emitted light that emerges from the first pupil surface P1 is incident on the first mirror M1 that faces the object side and has an aspherical concave mirror surface, and is intermediate at a certain distance downstream from the first mirror M1. An image IMI1 is formed. The emitted light is then reflected on a second mirror M2, designed as an aspheric concave mirror, and reflected at a tilt angle towards a third mirror M3 having a reflective surface containing the optical axis OA. The concave mirror surface of the third mirror is positioned in the second pupil surface P2, where the chief ray intersects the optical axis. A very large chief ray angle CRA PM ≈42 ° is created at the second pupil surface, resulting in a small second pupil (Lagrange invariant). Radiation reflected from the third mirror M3 (pupil mirror PM) with a large principal ray angle is captured by reflection on the aspheric image side concave mirror surface of the fourth mirror M4, It has a refractive power designed to focus the emitted light beam toward the second intermediate image IMI2 at a distance just downstream from the fourth mirror M4.

ミラー表面が非球面形状ではなく、代わりに球面形状を有するように光学設計を修正することができる。例えば、第2及び第4のミラーM2及びM4は、球面ミラーとして達成することができる。更に、第2のミラーM2及び第4のミラーM4を異なる表面形体(表面形状)を有する別々のミラーとして構成すること、及び/又は第1及び第3のミラーM1及びM3を異なる表面形体を有する別々のミラーとして達成することができる。この場合には、個々のミラーの少なくとも1つは、非球面ミラーの代わりに球面ミラーとして達成することができる。   The optical design can be modified so that the mirror surface has a spherical shape instead of an aspheric shape. For example, the second and fourth mirrors M2 and M4 can be achieved as spherical mirrors. Furthermore, the second mirror M2 and the fourth mirror M4 are configured as separate mirrors having different surface features (surface shapes) and / or the first and third mirrors M1 and M3 have different surface features. It can be achieved as a separate mirror. In this case, at least one of the individual mirrors can be achieved as a spherical mirror instead of an aspherical mirror.

物体面OSにおける主光線高さ(物体高さとも表す)は、瞳ミラーM3の直ぐ上流にある第2のミラーM2における主光線高さよりもかなり小さく、同様に瞳ミラーの直ぐ下流にある第4のミラーM4における対応する主光線高さよりも実質的に小さいことは明らかである。好ましい実施形態では、物体面における主光線高さCRHOと、瞳表面の直ぐ上流及び下流のミラーにおける主光線高さCRHMとの間の比率は、実質的に1よりも大きく、例えば、2よりも大きい、又は2.5よりも大きい。図1の実施形態では、この比率は、両方のミラーM2及びM4において約2.7である。 The chief ray height in the object plane OS (also referred to as the object height) is considerably smaller than the chief ray height in the second mirror M2 immediately upstream of the pupil mirror M3, and similarly, the fourth ray immediately downstream of the pupil mirror. Obviously, it is substantially less than the corresponding chief ray height in the mirror M4. In a preferred embodiment, the ratio between the chief ray height CRH O at the object plane and the chief ray height CRH M at the mirrors immediately upstream and downstream of the pupil surface is substantially greater than 1, for example 2 Greater than or greater than 2.5. In the embodiment of FIG. 1, this ratio is approximately 2.7 for both mirrors M2 and M4.

放射光は、第1の瞳P1に近接するミラー群入口MGIにおいてミラー群に入射し、第2の中間像の近く、すなわち、視野表面の近くに位置決めされたミラー群出口においてミラー群を出射する。光軸に対して直角に整列し、ミラー群の第1のミラーの頂点と第2のミラーとの頂点の間に位置決めされたミラー群平面MGPは、ビームがミラー群出口でミラー群を出射する前に5回の通過を受ける。従って、ミラー群入口とミラー群出口の間に定められる軸線方向にコンパクトな空間内では、4回の反射を得ることができる。   The emitted light enters the mirror group at the mirror group entrance MGI close to the first pupil P1, and exits the mirror group at the mirror group exit positioned near the second intermediate image, that is, near the field surface. . A mirror group plane MGP aligned perpendicular to the optical axis and positioned between the first mirror vertex and the second mirror vertex of the mirror group causes the beam to exit the mirror group at the mirror group exit. Receive 5 passes before. Therefore, four reflections can be obtained in a space compact in the axial direction defined between the mirror group entrance and the mirror group exit.

有効物体視野OFに対して拡大された第2の中間像IMI2は、第2のレンズ群LG2、第3のレンズ群LG3、及び第4のレンズ群LG4から成る純屈折性対物器械部(後部レンズ群とも表す)によって像面IS上に結像される。ビーム直径の局所最小値で示す投影ビームの狭窄部CONは、第3のレンズ群LG3内の負のレンズ領域内に形成される。第2のレンズ群LG2は、正の屈折力を有し、本質的に、第4のミラーM4の出射瞳を反射結像ミラー群により近く結像する視野レンズ群として機能する。それにより、その後のレンズを短い全体的な軸線方向長さにおいて光学的に自由な比較的小さい直径で設計することが可能になる。第3のレンズ群LG3は、負の屈折力を有し、それによってビーム直径の狭窄部又は「くびれ」が形成される。この負のレンズ群を設けることにより、第2の中間像IMI2の後の開口数を高めることが可能になる。第2の中間像IMI2の小さい開口数におけるシステムの開口の要求最小直径にも関わらず、第3のレンズ群LG3は、それに続く第3のレンズ群と第3の瞳表面P3の間の第4のレンズ群LG4の一部と共に、コンパクトな軸線方向長さを有する逆テレセントリックシステムを形成する。   The second intermediate image IMI2 magnified with respect to the effective object field OF is a purely refractive objective unit (rear lens) including the second lens group LG2, the third lens group LG3, and the fourth lens group LG4. The image is also formed on the image plane IS. The narrowed portion CON of the projection beam indicated by the local minimum value of the beam diameter is formed in the negative lens region in the third lens group LG3. The second lens group LG2 has a positive refractive power, and essentially functions as a field lens group that forms an image near the exit pupil of the fourth mirror M4 closer to the reflective imaging mirror group. This allows subsequent lenses to be designed with a relatively small diameter that is optically free at short overall axial lengths. The third lens group LG3 has a negative refractive power, thereby forming a narrowed portion or “neck” of the beam diameter. By providing this negative lens group, the numerical aperture after the second intermediate image IMI2 can be increased. Despite the required minimum diameter of the aperture of the system at a small numerical aperture of the second intermediate image IMI2, the third lens group LG3 is the fourth lens between the subsequent third lens group and the third pupil surface P3. Together with a part of the lens group LG4, an inverse telecentric system having a compact axial length is formed.

代わりの説明では、投影対物器械100の光学要素は、物体視野領域内に設けられたマスクパターンを第1の中間像IMI1内に結像させるための第1のレンズ群LG1のレンズ及び第1のミラーM1を含む第1の結像対物器械部、及び第1の中間像を第2の中間像IMI2内に結像させるための瞳ミラーPMを含む第2の結像対物器械部、並びに第2の中間像を像面IS内に結像させるための第3の結像対物器械部を形成する。第1の対物器械部は反射屈折のものであり(LG1内に6つのレンズを有し、更に1つの凹ミラーM1を有する)、第2の対物器械部は純反射性のものであり(反射結像)、凹ミラーM2、M3、及びM4によって形成され、LG2、LG3、及びLG4によって形成される第3の対物器械部は、純屈折性ものである。拡大倍率比(|β|=2.1)を有する第1の反射屈折対物器械部は、第1の中間像IMI1のサイズを定め、第2のミラーM2と協働して瞳ミラーPMにおける投影ビームの補正ステータスを定める。瞳ミラーの直ぐ上流にあるミラーM2及び直ぐ下流にあるM4における主光線高さの絶対値は、物体面における主光線高さよりも有意に大きく、これは、瞳ミラーにおける小さい瞳サイズに有利な条件の別の表現である。瞳ミラーPMにおける小さい瞳サイズの原因である大きい主光線角度は、第4のミラーM4によって捕捉され、第2の中間像及び像側屈折レンズ群LG2、LG3、及びLG4に向って収束するビームが形成される。この部分(後部レンズ群)は、結像収差を制御し、大きい像側開口数NA=0.93を達成するように最適化される。   In an alternative description, the optical element of the projection objective 100 comprises a lens of the first lens group LG1 for imaging a mask pattern provided in the object field region in the first intermediate image IMI1, and the first A first imaging objective section including a mirror M1, a second imaging objective section including a pupil mirror PM for imaging a first intermediate image in a second intermediate image IMI2, and a second A third imaging objective part for forming an intermediate image of the first image in the image plane IS. The first objective part is catadioptric (having six lenses in LG1 and one concave mirror M1), and the second objective part is purely reflective (reflective). Imaging), the third objective part formed by the concave mirrors M2, M3 and M4 and formed by LG2, LG3 and LG4 is purely refractive. A first catadioptric objective having a magnification ratio (| β | = 2.1) defines the size of the first intermediate image IMI1 and cooperates with the second mirror M2 to project on the pupil mirror PM. Define the correction status of the beam. The absolute value of the chief ray height in the mirror M2 just upstream of the pupil mirror and in the M4 just downstream of the pupil mirror is significantly larger than the chief ray height in the object plane, which is an advantageous condition for small pupil size in the pupil mirror Is another expression. The large chief ray angle that is responsible for the small pupil size in the pupil mirror PM is captured by the fourth mirror M4 and the beam that converges towards the second intermediate image and image side refractive lens groups LG2, LG3, and LG4. It is formed. This part (rear lens group) is optimized to control imaging aberrations and achieve a large image-side numerical aperture NA = 0.93.

純反射性の(反射結像)ミラー群MGは、このミラー群の上流及び下流のレンズの正の屈折力の相対する効果を相殺するペッツヴァル和の強い過補正を与えることができる。この目的のために、ミラー群MGは、光軸の物体視野OFと反対の側に配置された第1の凹ミラーM1、光軸の同じ側に配置された第2の凹ミラーM2、瞳ミラーPM1として機能するように光軸上に配置された第3の凹ミラーM3、及び物体視野側に配置された第4の凹ミラーM4から成る。ミラー群入口MGEは、ミラー群の物体側で第1の瞳表面P1に幾何学形状的に近接するミラーM2及びM4の対面する縁部の間に形成される。ミラー群入口MGEは、ミラーM2及びM4の共通基板内の孔又は穴によって形成することができる。ミラー群出口MGOは、光軸OAの外側で瞳ミラーM3の縁部の隣の第1のミラーM1の反対側に位置する。図3に関連してより詳細に説明するように、瞳ミラーM3及び第1のミラーM1は、ミラー対を形成するように共通基板上に形成することができるが、別々の基板も同様に可能である(図2を参照されたい)。   A purely reflective (reflective imaging) mirror group MG can provide a strong overcorrection of Petzval sum that offsets the opposing effects of the positive refractive power of the upstream and downstream lenses of this mirror group. For this purpose, the mirror group MG includes a first concave mirror M1 disposed on the side opposite to the object field OF of the optical axis, a second concave mirror M2 disposed on the same side of the optical axis, and a pupil mirror. It comprises a third concave mirror M3 arranged on the optical axis so as to function as PM1, and a fourth concave mirror M4 arranged on the object field side. The mirror group entrance MGE is formed between the facing edges of mirrors M2 and M4 that are geometrically close to the first pupil surface P1 on the object side of the mirror group. The mirror group entrance MGE can be formed by a hole or hole in the common substrate of the mirrors M2 and M4. The mirror group exit MGO is located on the opposite side of the first mirror M1 next to the edge of the pupil mirror M3 outside the optical axis OA. As will be described in more detail with respect to FIG. 3, the pupil mirror M3 and the first mirror M1 can be formed on a common substrate to form a mirror pair, but separate substrates are possible as well. (See FIG. 2).

投影対物器械100は、作動波長λ=193nmにおいて像側開口数NA=0.93を有する乾式対物器械として設計される。矩形の有効物体視野OFのサイズは、26mm×5.5mmである。像視野半径(半径)y’=18mmである。仕様は、表1に要約している。最も左の列は、屈折表面、反射面、又は別途指定する表面の番号を列挙しており、第2の列は、その表面の曲率半径[mm]を列挙しており、第3の列は、その表面と次の表面の間の距離d[mm]であり、光学要素の「厚み」と呼ばれるパラメータを列挙しており、4番目の列は、その光学要素を製作するために用いられた材料を列挙しており、5番目の列は、その材料の屈折率を列挙している。6番目の列は、光学構成要素の光学的に利用可能な透明の半径[mm]を列挙している。表における曲率半径r=0は、平坦な表面(無限半径を有する)を意味する。   Projection objective 100 is designed as a dry objective having an image-side numerical aperture NA = 0.93 at an operating wavelength λ = 193 nm. The size of the rectangular effective object field OF is 26 mm × 5.5 mm. Image field radius (radius) y '= 18 mm. The specifications are summarized in Table 1. The leftmost column lists the numbers of refractive surfaces, reflective surfaces, or separately designated surfaces, the second column lists the radius of curvature [mm] of the surface, and the third column , The distance d [mm] between that surface and the next surface, listing a parameter called the “thickness” of the optical element, the fourth column was used to fabricate the optical element The material is listed, and the fifth column lists the refractive index of the material. The sixth column lists the optically available transparent radius [mm] of the optical component. A radius of curvature r = 0 in the table means a flat surface (having an infinite radius).

表1におけるいくつかの表面は、非球面表面である。表1Aは、これらの非球面表面に対して関係するデータを列挙しており、これらのデータから、次式を用いてこれらの表面形態のサジッタ又は立ち上がり高さp(h)を高さhの関数として計算することができる。
p(h)=[((1/r)h2)/(1+SQRT(1−(1+K)(1/r)22))]+C1・h4+C2・h6+...
ここで、曲率半径の逆数値(1/r)は、問題とする表面の表面頂点における曲率であり、hは、この表面上の点の光軸からの距離である。従って、サジッタ又は立ち上がり高さp(h)は、問題とする表面の頂点からのその点をz方向に沿って、すなわち、光軸に沿って測定した距離を表している。定数K、C1、C2などを表1Aに列挙している。
Some surfaces in Table 1 are aspheric surfaces. Table 1A lists the relevant data for these aspheric surfaces, from which the sagittal or rise height p (h) of these surface features is It can be calculated as a function.
p (h) = [((1 / r) h 2 ) / (1 + SQRT (1− (1 + K) (1 / r) 2 h 2 ))] + C1 · h 4 + C2 · h 6 +. . .
Here, the reciprocal value (1 / r) of the radius of curvature is the curvature at the surface apex of the surface in question, and h is the distance from the optical axis of a point on this surface. Thus, the sagittal or rise height p (h) represents the distance measured along the z-direction, i.e., along the optical axis, from the vertex of the surface in question. Constants K, C1, C2, etc. are listed in Table 1A.

図1の投影対物器械100は、少なくとも2つの相反する要件を考慮して最適化された反射屈折直線配置システムの一例である。第1に、設計物体視野を適度に小さく保ちながら、大きい像側開口数において直線配置構造の利点(折り畳みミラーがない機械的に安定な装着技術等)が得られる。この関連において、口径食制御が重要な問題である。第2に、瞳ミラーが設けられ、瞳ミラー表面の表面形状を変形することによって結像特性の動的又は静的制御が可能になる。瞳ミラーは、光軸上に配置されることになっているために、投影ビームに対する障害物を形成し、それによって口径食制御が困難になる。第3に、結像収差のターゲット制御が、視野にわたって本質的に一定の影響を与えることが望ましい場合には、瞳ミラーにおける投影ビームの補正ステータスの慎重な制御を必要とすることが判明している。投影対物器械100によって例示的に表している解決法は、全てのこれらの要件に従うものである(図3及び4も参照されたい)。   The projection objective 100 of FIG. 1 is an example of a catadioptric linear arrangement system that is optimized taking into account at least two conflicting requirements. First, the advantages of the linear arrangement structure (such as a mechanically stable mounting technique without a folding mirror) can be obtained with a large image-side numerical aperture while keeping the design object field of view moderately small. In this connection, vignetting control is an important issue. Second, a pupil mirror is provided, and dynamic or static control of imaging characteristics is possible by deforming the surface shape of the pupil mirror surface. Since the pupil mirror is arranged on the optical axis, it forms an obstacle to the projection beam, which makes vignetting control difficult. Third, it has been found that target control of imaging aberrations requires careful control of the correction status of the projection beam at the pupil mirror if it is desired to have an essentially constant effect across the field of view. Yes. The solution exemplarily represented by projection objective 100 complies with all these requirements (see also FIGS. 3 and 4).

投影ビームは、口径食なしに直線配置設計内のミラーを通過して誘導すべきであるから、口径食を左右する領域をできる限り小さく保つことが望ましい。この例では、これは、投影ビームの瞳、すなわち、瞳表面における投影ビームの断面をミラー群のミラーの領域においてできる限り小さく保つという要件に対応する。ラグランジュの不変量により、この要件は、ミラー群内の又はそれに近接する瞳位置において通常よりも大きな主光線角度を達成することに変換される。光軸に向けて有意に主光線CRを屈曲させる第1のレンズ群LG1(フーリエレンズ群又は前部レンズ群)の大きい正の屈折力は、第1の瞳表面P1内で小さい瞳を達成する役割を達成し、それにより、小さいサイズのミラー群入口MGI、及び光軸に非常に近接するミラーM2及びM4の反射区域の延長が可能になる。凹ミラーM1及びM2の正の屈折力に連動して、瞳ミラーPMにおける主光線角度は、更にCRAPM≒42°へと増大し、瞳ミラーPMが置かれた第2の瞳表面P2において小さいサイズのビーム直径が生じる。瞳ミラーPM(=M3)の反射区域RA3のサイズは、小さく保つことができるので、第4のミラーM4と像面の間の口径食制御は容易になり、更に、第1のミラーM1の利用反射区域RA1と瞳ミラーM3における利用反射区域RA3とを分離することができる。言い換えれば、ミラーM1及びM3上の反射において投影ビームの受光域は重なり合わない。これは、瞳ミラーPMを投影対物器械の結像特性に動的に影響を与えるための動的に調節可能なマニピュレータとして利用することに対する1つの前提条件である。 Since the projection beam should be guided through the mirror in the linear arrangement design without vignetting, it is desirable to keep the area that affects vignetting as small as possible. In this example, this corresponds to the requirement to keep the projection beam pupil, i.e. the cross section of the projection beam at the pupil surface, as small as possible in the mirror region of the mirror group. With the Lagrangian invariant, this requirement translates to achieving a chief ray angle greater than normal at the pupil position in or near the mirror group. The large positive refractive power of the first lens group LG1 (Fourier lens group or front lens group) that bends the chief ray CR significantly towards the optical axis achieves a small pupil in the first pupil surface P1. A role is achieved, which allows for the extension of the reflective area of the small size mirror group entrance MGI and the mirrors M2 and M4 very close to the optical axis. In conjunction with the positive refractive power of the concave mirrors M1 and M2, the chief ray angle at the pupil mirror PM further increases to CRA PM ≈42 ° and is small at the second pupil surface P2 on which the pupil mirror PM is placed. A beam diameter of the size results. Since the size of the reflection area RA3 of the pupil mirror PM (= M3) can be kept small, the vignetting control between the fourth mirror M4 and the image plane is facilitated, and the use of the first mirror M1. The reflection area RA1 and the use reflection area RA3 in the pupil mirror M3 can be separated. In other words, the light receiving areas of the projection beam do not overlap in reflection on the mirrors M1 and M3. This is one prerequisite for using the pupil mirror PM as a dynamically adjustable manipulator to dynamically influence the imaging characteristics of the projection objective.

更に、瞳ミラーPMにおける、すなわち、第2の瞳表面P2における投影ビームの補正ステータスに重点が置かれる。物体視野の異なる視野点に対応する部分開口が同じサイズ及び形状を有し、瞳表面内で完全に重なり合う場合には、最適条件は、結像収差の視野一定の補正を得ることを可能にすることに関する。この条件が満たされる場合には、例えば、ミラー表面を変形することによる瞳ミラーの反射特性の局所変化は、異なる視野点から生じる全ての光線束に対して同様の効果を有することになり、それによって像面内に視野一定の効果が作り出される。一方、異なる視野点の部分開口が瞳表面内で重なり合わない場合には、瞳ミラーの反射特性の局所変化は、異なる視野点から生じる光線束に異なって影響を与えることになり、それによって視野にわたって補正効果の変化が作り出される。   Furthermore, an emphasis is placed on the correction status of the projection beam at the pupil mirror PM, ie at the second pupil surface P2. Optimal conditions make it possible to obtain a constant field correction of imaging aberrations if partial apertures corresponding to different field points of the object field have the same size and shape and overlap completely within the pupil surface About that. If this condition is met, for example, a local change in the reflection characteristics of the pupil mirror by deforming the mirror surface will have a similar effect on all beam bundles originating from different field points. Creates a constant field of view effect in the image plane. On the other hand, if the partial apertures of different field points do not overlap within the pupil surface, local changes in the reflection characteristics of the pupil mirror will affect the beam bundles originating from different field points differently, thereby A change in the correction effect is created over time.

図4には、これらの条件を光軸OA上の視野点FPOから生じる周辺光線MR、並びに軸外視野点FP1から生じる光線束を表す選択された光線、すなわち、主光線CR、上側周縁光線RRU、及び下側周縁光線RRLを用いて表している。上述の理想的な場合には(瞳位置において、全ての視野点の光線束の部分開口が完全に重なり合う)、主光線CRは、瞳ミラーPMの反射面の位置で光軸OAと交わらなければならない。この理想的な条件からの偏差は、最外側視野点FP1において光学システムに入射する主光線CRの、瞳ミラーPMにおける光線高さ(光軸からの半径方向距離)を表すパラメータCRHiによって表される。この横方向オフセットは、周辺光線MRの周辺光線高さの2倍を表す量DOと比較して小さくなければならない。更に、視野点FP1に対する対物器械の入射瞳の瞳ミラーPMにおける像の子午直径(パラメータDiによって表している)は、理想的には直径DOに一致すべきである、言い換えれば、比率Di/DOは1に等しいか又は1に近くなければならない。図1の実施形態では、|CRHi|/DO=0.03及びDi/DO=0.991という値が得られる。実質的に同じ条件が矢状断面に対して当て嵌まる。一般的に、瞳ミラー表面形状の操作が全ての視野点に関する像視野の補正ステータスに対して本質的に一定の効果を有することになっている場合には、条件|CRHi|/DO<0.1及び0.9<Di/DO<1.1に従わなければならない。 FIG. 4 illustrates these conditions with selected rays representing the ray bundle resulting from the field point FPO on the optical axis OA and the ray bundle resulting from the off-axis field point FP1, ie, the principal ray CR, the upper marginal ray RRU. , And the lower peripheral ray RRL. In the ideal case described above (in the pupil position, the partial apertures of the beam bundles of all the field points are completely overlapped), the principal ray CR must intersect the optical axis OA at the position of the reflecting surface of the pupil mirror PM. Don't be. Deviation from this ideal condition is expressed in the outermost field point FP1 of the principal ray CR entering the optical system, by a parameter CRH i representing the ray height (radial distance from the optical axis) in the pupil mirror PM The This lateral offset must be small compared to the quantity D O representing twice the peripheral ray height of the peripheral ray MR. Furthermore, the meridian diameter of the image in the pupil mirror PM of the entrance pupil of the objective with respect to the field point FP1 (represented by the parameter D i ) should ideally coincide with the diameter D O , in other words the ratio D i / D O must be equal to or close to 1. In the embodiment of FIG. 1, | CRH i | / D value of O = 0.03 and D i / D O = 0.991 is obtained. Substantially the same conditions apply for the sagittal section. In general, if the manipulation of the pupil mirror surface shape is to have an essentially constant effect on the image field correction status for all field points, the condition | CRH i | / D O < 0.1 and 0.9 <D i / D o <1.1 must be followed.

図3は、瞳ミラーPMの周囲に存在する状態を更に詳描する図1のミラー群の拡大詳細図を示している。構造的な観点から、第1のミラーM1及び第3のミラーM3が共通基板上に形成された1対の凹ミラーであることを示している。この基板は、第1のミラーM1を形成する反射層を保持する凹表面を設ける肉厚で機械的に剛体部分を有する。剛体部分RPと一体的に、瞳ミラーPMのための反射コーティングを保持する比較的肉薄で可撓性部分FPが形成される。ミラー基板内の可撓性部分FPの裏側には凹部が形成される。瞳ミラーマニピュレータPMMのいくつかのアクチュエータ(矢印によって表している)が凹部内に配置され、可撓性部分FPの裏側に作動的に結合される。アクチュエータは、投影露光装置の中央制御ユニットの一体部分とすることができる瞳ミラー制御ユニットPMCUによって制御される。瞳ミラー制御ユニットは、瞳ミラー表面の望ましい変形を表す信号を受信するように接続される。瞳ミラーマニピュレータ及び対応する制御ユニットは、本質的に、本出願人の米国特許出願US2004/0144915A1に開示されている通りに設計することができる。これに対応する開示内容は、引用によって本出願に組み込まれている。上述のマニピュレータの代わりに、瞳ミラーマニピュレータのあらゆる適切な構造、例えば、ピエゾ電気要素、流体圧力変化に応じるアクチュエータ、及び/又は磁気アクチュエータのような電気機械アクチュエータを用いたマニピュレータを用いることができる。これらのアクチュエータは、説明したように、連続する(分断されていない)瞳ミラー表面を変形するのに用いることができる。また瞳ミラーマニピュレータは、ミラーの局所温度変化を発生させる1つ又はそれよりも多くの加熱要素又は冷却要素を含むことができ、瞳ミラー表面の望ましい変形が引き起こされる。この目的では、抵抗加熱器又はペルチェ素子を用いることができる。また瞳ミラーは、対応する駆動信号に応じて互いに対して可動な複数の単一マイクロミラーを有するマルチミラーアレイとして設計することができる。適切なマルチミラーアレイは、例えば、US2006/0039669に開示されている。瞳ミラーは、WO2003/093903として公開された本出願人の国際出願に開示されている原理に従って設計することができ、この開示内容も同様に引用によって本明細書に組み込まれている。   FIG. 3 shows an enlarged detail view of the mirror group of FIG. 1 further illustrating the state present around the pupil mirror PM. From a structural point of view, the first mirror M1 and the third mirror M3 are a pair of concave mirrors formed on a common substrate. This substrate has a thick and mechanically rigid portion that provides a concave surface that holds the reflective layer that forms the first mirror M1. Integrated with the rigid part RP is a relatively thin and flexible part FP that holds the reflective coating for the pupil mirror PM. A concave portion is formed on the back side of the flexible portion FP in the mirror substrate. Several actuators (represented by arrows) of pupil mirror manipulator PMM are disposed in the recesses and are operatively coupled to the back side of flexible portion FP. The actuator is controlled by a pupil mirror control unit PMCU which can be an integral part of the central control unit of the projection exposure apparatus. The pupil mirror control unit is connected to receive a signal representative of the desired deformation of the pupil mirror surface. The pupil mirror manipulator and corresponding control unit can be designed essentially as disclosed in Applicant's US patent application US2004 / 0144915A1. The corresponding disclosure is incorporated herein by reference. Instead of the manipulators described above, any suitable structure of pupil mirror manipulators can be used, for example, manipulators using piezoelectric elements, actuators that respond to fluid pressure changes, and / or electromechanical actuators such as magnetic actuators. These actuators can be used to deform a continuous (unbroken) pupil mirror surface as described. The pupil mirror manipulator can also include one or more heating or cooling elements that produce a local temperature change of the mirror, causing the desired deformation of the pupil mirror surface. For this purpose, resistance heaters or Peltier elements can be used. The pupil mirror can also be designed as a multi-mirror array having a plurality of single micromirrors that are movable relative to each other in response to corresponding drive signals. Suitable multimirror arrays are disclosed, for example, in US 2006/0039669. The pupil mirror can be designed according to the principles disclosed in the applicant's international application published as WO2003 / 093903, the disclosure of which is also incorporated herein by reference.

光学的観点から、第1のミラーM1上の利用反射区域RA1(太線によって示している)は、瞳ミラーM3上の対応する反射区域RA3と重なり合わないことに注意することは重要である。それにより、第1のミラーM1において発生する反射に影響を及ぼすことなく瞳ミラー表面の形状を変更することが可能になる。またこの設計は、凹ミラー上の反射区域、及びレンズ、特に第2の中間像の後のミラー群出口の直ぐ下流の第2のレンズ群LG2の第1のレンズにおける投影ビームにおける苛性条件に関して最適化される。これは、ミラー及びレンズ群LG2の第1のレンズの光学面から離れた比較的大きい距離に位置決めされ、本質的に非点収差及びコマ収差に対して補正された中間像を設けることによって達成される。屈折又は反射光学面における苛性条件を回避することは、放射光強度の有意な極大を回避するのに役立ち、選択的収差制御を容易にする。更に、表面上の苛性を回避することにより、表面品質仕様を緩和することができる。   From an optical point of view, it is important to note that the utilization reflection area RA1 (indicated by a thick line) on the first mirror M1 does not overlap with the corresponding reflection area RA3 on the pupil mirror M3. Thereby, it is possible to change the shape of the pupil mirror surface without affecting the reflection generated in the first mirror M1. This design is also optimal with respect to the reflection area on the concave mirror and the caustic conditions in the projection beam in the first lens of the second lens group LG2 just downstream of the lens, especially the mirror group exit after the second intermediate image. It becomes. This is achieved by providing an intermediate image positioned at a relatively large distance away from the optical surface of the first lens of the mirror and lens group LG2 and essentially corrected for astigmatism and coma. The Avoiding caustic conditions in refractive or reflective optical surfaces helps to avoid significant maxima in the emitted light intensity and facilitates selective aberration control. Further, surface quality specifications can be relaxed by avoiding caustic on the surface.

図1の実施形態は、結像品質を比較的短い時間スケールで操作する選択肢を増すように修正することができる。例えば、投影対物器械は、ミラー表面に作動的に接続した関係するマニピュレータを用いて操作することができるミラー表面を有する少なくとも1つの更に別のミラーを含むことができる。操作することができる瞳ミラーは、一般的に、周辺光線高さMRHが主光線高さCRHを超える位置に配置されるのに対して、更に別のミラーは、視野表面に光学的により近くに、具体的には周辺光線高さと主光線高さの間の光線高さ比MRH/CRHが1よりも小さい、又は更に0.5よりも小さい視野表面に光学的に近接する位置に位置決めすることができる。視野表面に光学的に近く位置決めされた適応ミラー(マニピュレータによって変更することができるミラー表面を有するミラー)は、視野依存収差を補正するのに用いることができる。第1の実施形態の修正では、隣接する視野表面(中間像IMI1)に光学的に近く位置決めされたミラー群MGの第1のミラーM1は、構造及び作動において上述の瞳ミラーマニピュレータと同様とすることができる視野ミラーマニピュレータを設けることによって適応ミラーとして設計することができる。瞳ミラーM3及び視野ミラーM1の両方を同じ基板上に形成することができるので、視野ミラーマニピュレータ及び瞳ミラーマニピュレータにおけるアクチュエータ設計は、構造を容易にするために互いに連動させることができる。代替的又は追加的に、両方ともに視野表面に光学的に近接する第2のミラーM2及び第4のミラーM4のうちの少なくとも一方は、マニピュレータを用いて修正又は変更することができるミラー表面を有するミラーとして設計することができる。両方のミラーM2及びM4は、同じ基板上に形成することができるので、この場合は共通のアクチュエータ機構を利用することができる。   The embodiment of FIG. 1 can be modified to increase the option of manipulating imaging quality on a relatively short time scale. For example, the projection objective can include at least one further mirror having a mirror surface that can be manipulated using an associated manipulator operatively connected to the mirror surface. The pupil mirror that can be manipulated is typically placed at a position where the peripheral ray height MRH exceeds the chief ray height CRH, while still another mirror is optically closer to the field surface. Specifically, positioning at a position optically close to the field surface where the light height ratio MRH / CRH between the peripheral light height and the chief light height is less than 1 or even less than 0.5 Can do. An adaptive mirror (a mirror with a mirror surface that can be changed by a manipulator) positioned optically close to the field surface can be used to correct field dependent aberrations. In the modification of the first embodiment, the first mirror M1 of the mirror group MG positioned optically close to the adjacent field surface (intermediate image IMI1) is similar in structure and operation to the pupil mirror manipulator described above. It can be designed as an adaptive mirror by providing a field mirror manipulator that can. Since both the pupil mirror M3 and the field mirror M1 can be formed on the same substrate, the actuator design in the field mirror manipulator and the pupil mirror manipulator can be interlocked with each other to facilitate the structure. Alternatively or additionally, at least one of the second mirror M2 and the fourth mirror M4, both in optical proximity to the field surface, has a mirror surface that can be modified or changed using a manipulator. Can be designed as a mirror. Since both mirrors M2 and M4 can be formed on the same substrate, a common actuator mechanism can be used in this case.

図5は、光学要素群(レンズ群、ミラー群)の順序及び種類、並びにシステムを通じる投影ビームの軌道に関して図1及び2に関連して説明した一般的レイアウトを有する第2の実施形態の直線配置投影対物器械500を示している。対応する記載事項を参照されたい。従来の実施形態おけるものと同様の特性を有する要素及び要素群は、同じ参照識別で示している。この設計における仕様は、表5、5Aに要約している。
投影対物器械500は、投影対物器械の出射表面と像面ISの間の高屈折率液浸液l、例えば、純水と共に用いられる場合の像側開口数NA=1.2を有するλ=193nmにおける液浸対物器械として設計される。この設計は、口径食なしで結像することができる視野サイズ26×5.5mm2を有する矩形の有効像視野に向けて最適化される。
FIG. 5 shows a straight line of a second embodiment having the general layout described in relation to FIGS. 1 and 2 with respect to the order and type of optical elements (lenses, mirrors) and the trajectory of the projection beam through the system. A placement projection objective 500 is shown. Please refer to the corresponding description. Elements and groups of elements having similar characteristics to those in the conventional embodiment are indicated with the same reference identification. The specifications for this design are summarized in Tables 5 and 5A.
Projection objective 500 has a high refractive index immersion liquid 1 between the exit surface of the projection objective and the image plane IS, for example λ = 193 nm with an image side numerical aperture NA = 1.2 when used with pure water. Designed as an immersion objective in This design is optimized for a rectangular effective image field with a field size of 26 × 5.5 mm 2 that can be imaged without vignetting.

図1の実施形態と同様に、ミラー群MGの第1のミラーM1を含む反射屈折の第1の対物器械部は、ミラー群MGのミラー間空間内に位置する第1の中間像IMI1を作り出す。ミラー群MGの第2、第3、及び第4のミラーM1からM4は、第1の中間像から第2の中間像IMI2を形成する第2の反射結像サブシステムを形成する。レンズ群LG2、LG3、及びLG4は、第2の中間像IMI2を像面IS上に縮小スケール(倍率比β=約−0.125)で再結像する第3の屈折性対物器械部を形成する。狭窄部CONと像面ISの間で第3の瞳表面P3の近くに位置決めされた開口絞りASの近くに見られる像側のふくらみ内の最大レンズ直径は、図1のより低いNAのシステムと比較して増大していることは明らかである。それでも尚、瞳ミラーPM(ミラーM3)の光学的に用いられる直径DPMは比較的小さいままであり、ミラーを通過した投影ビームを口径食なしで誘導することが可能になる。小さい瞳ミラーサイズは、第1のレンズ群LG1(P1において第1の瞳を形成するフーリエレンズ群としての役割を達成する)の強い正の屈折力、並びにその後のミラーM1及びM2の正の屈折力によって可能になり、瞳ミラーにおいて主光線角度CRAPM≒45°を得ることが可能になる。言い換えれば、瞳ミラーにおける主光線角度は、高められたNAによって更に増大し、ラグランジュの不変量に従って瞳ミラーのサイズを小さく保つことを可能にする。
図3に関連して説明したように、必要に応じて瞳ミラーの反射面を変形するために瞳ミラーマニピュレータPMMが設けられる。
Similar to the embodiment of FIG. 1, the catadioptric first objective part including the first mirror M1 of the mirror group MG produces a first intermediate image IMI1 located in the inter-mirror space of the mirror group MG. . The second, third, and fourth mirrors M1 to M4 of the mirror group MG form a second reflective imaging subsystem that forms a second intermediate image IMI2 from the first intermediate image. The lens groups LG2, LG3, and LG4 form a third refractive objective unit that re-images the second intermediate image IMI2 on the image plane IS with a reduction scale (magnification ratio β = about −0.125). To do. The maximum lens diameter in the image-side bulge seen near the aperture stop AS positioned near the third pupil surface P3 between the constriction CON and the image plane IS is equal to that of the lower NA system of FIG. It is clear that it has increased in comparison. Nevertheless, the optically used diameter D PM of the pupil mirror PM (mirror M3) remains relatively small, and the projection beam that has passed through the mirror can be guided without vignetting. The small pupil mirror size is the strong positive refractive power of the first lens group LG1 (which serves as the Fourier lens group forming the first pupil in P1), and the subsequent positive refraction of the mirrors M1 and M2. This is made possible by the force, and it becomes possible to obtain a chief ray angle CRA PM ≈45 ° in the pupil mirror. In other words, the chief ray angle at the pupil mirror is further increased by the increased NA, allowing the size of the pupil mirror to be kept small according to the Lagrange invariant.
As described with reference to FIG. 3, a pupil mirror manipulator PMM is provided to deform the reflecting surface of the pupil mirror as necessary.

図6は、屈折率n=1.65を有する高屈折率液浸流体と共に用いられる場合に、26×5.5mm2の円環視野において像側開口数NA=1.55を有するλ=193nmにおける液浸リソグラフィに向けて設計された第3の実施形態の投影対物器械600を示している。像面ISに最も近接する最終光学要素は、λ=193nmにおいて屈折率=2.14を有するLuAG(ルテチウムアルミニウムガーネット)で作られた平凸レンズPCLである。液浸液は、nl=1.65を有するシクロヘキサンである。この仕様を表6及び6Aに提供している。この例は、瞳ミラーPM(ミラーM3)を光軸上に有する直線配置システムにおいて極めて高い開口数を得ることができることを示している。像側の第3の瞳表面P3の近くの開口絞りASは、第4のレンズ群LG4内の最大ビーム直径領域と像面ISとの間で強く収束するビームの領域内に位置決めされる。像側開口数は、図1の実施形態に比較して大幅に高まるが、瞳ミラーPMのサイズは、部分的には、第2の瞳表面P2における大きい主光線角度CRAPM≒36°に起因して中程度に留まる。また口径食制御は、弓形の有効物体視野OF(円環視野)を用いることによって容易になる。 FIG. 6 shows that when used with a high refractive index immersion fluid having a refractive index n = 1.65, λ = 193 nm with an image side numerical aperture NA = 1.55 in a 26 × 5.5 mm 2 annular field. FIG. 3 shows a third embodiment projection objective 600 designed for immersion lithography in FIG. The final optical element closest to the image plane IS is a plano-convex lens PCL made of LuAG (Lutetium Aluminum Garnet) having a refractive index = 2.14 at λ = 193 nm. The immersion liquid is cyclohexane with n l = 1.65. This specification is provided in Tables 6 and 6A. This example shows that an extremely high numerical aperture can be obtained in a linear arrangement system having the pupil mirror PM (mirror M3) on the optical axis. The aperture stop AS near the third pupil surface P3 on the image side is positioned in the region of the beam that converges strongly between the maximum beam diameter region in the fourth lens group LG4 and the image plane IS. Although the image-side numerical aperture is significantly increased compared to the embodiment of FIG. 1, the size of the pupil mirror PM is due in part to the large chief ray angle CRA PM ≈36 ° at the second pupil surface P2. And stay medium. In addition, vignetting control is facilitated by using an arcuate effective object field OF (annular field of view).

上述の全ての実施形態では、4回の反射をもたらす軸線方向にコンパクトなミラー群MGを有する反射屈折直線配置投影対物器械が用いられ、第3のミラーは、瞳ミラー(必要に応じて操作することができる)を設けるために瞳位置に配置される。瞳ミラーの光学的に上流にある凹ミラーにおける少なくとも2回の反射は、瞳ミラーの位置において大きい主光線角度CRAPMを得る上で好ましいと考えられ、それによって小さいサイズの瞳及び小さいサイズの瞳ミラーが可能である。更に、小さい寸法の瞳ミラーにより、適度に小さい設計物体視野内の適度に大きい有効物体視野サイズにおける高開口投影ビームをコンパクトなミラー群を通じて口径食なしに誘導することが可能になる。
図8及び9は、コンパクトなミラー群MGにおいて4回の反射を有し、結像収差に対する動的に制御可能な補正要素として利用することができる少なくとも1つの瞳ミラーを設ける別の実施形態の反射屈折直線配置投影対物器械を示している。
In all the embodiments described above, a catadioptric linear projection objective having a compact group of mirrors MG in the axial direction that provides four reflections is used, and the third mirror is a pupil mirror (operated as required). Can be arranged at the pupil position. At least two reflections at the concave mirror optically upstream of the pupil mirror are considered favorable for obtaining a large chief ray angle CRA PM at the position of the pupil mirror, thereby reducing the small size pupil and the small size pupil. A mirror is possible. Furthermore, the small size pupil mirror allows a high aperture projection beam at a reasonably large effective object field size within a reasonably small design object field to be guided without vignetting through a compact group of mirrors.
FIGS. 8 and 9 show another embodiment of providing at least one pupil mirror that has four reflections in a compact mirror group MG and can be used as a dynamically controllable correction element for imaging aberrations. Figure 2 shows a catadioptric linear arrangement projection objective.

上述の図1から6の実施形態では、ミラー群入口MGIは、瞳表面(第1の瞳表面)P1の近くに位置決めされるが、ミラー群出口MGOは、光軸OAから分離した領域内の第2の中間像IMI2に光学的に近く位置決めされる。瞳ミラーは、ミラー群内で3回目の反射のところに設けられる。
図7の実施形態では、ミラー群MGは、ミラー群入口MGIが光軸OAの外側で物体面OSに光学的に近く、すなわち、視野表面に光学的に近く位置決めされるように配置される。物体面とミラー群入口MGIの間にはレンズ又はレンズ群は存在しないが、ここに1つ又はそれよりも多くのレンズを設けることができる。凸面である第1のミラーM1は、第1の光学要素を形成し、光軸OA上に位置決めされた瞳ミラーPMである第2のミラーM2に向けて放射光を収束させるのに寄与する。第3のミラーM3は、ミラー群の反射屈折空洞の内側に位置決めされた第1の中間像IMI1を形成するように放射光を収束させる。第4のミラーM4を含む反射屈折サブシステムは、放射光ビームを第2の瞳表面P2に位置決めされたミラー群出口MGOを通じて誘導する。第2の中間像IMI2は、ミラー群の外側で正のレンズ群(矢が外側に向いた矢印によって表している)の間に形成される。その後の屈折性の第3の対物器械部は、第2の中間像を像面上に再結像する。この実施形態では、ミラー群のミラーは、従来の実施形態と比較した場合に基本的に逆順序に用いられる。この設計は、有効物体視野を光軸から十分に離して配置することを必要とし、これは、設計物体視野の直径を増大する傾向を有し、それによって適度のサイズの物体視野を口径食なしに高開口数で投影することがより困難になる。
In the embodiment of FIGS. 1 to 6 described above, the mirror group entrance MGI is positioned near the pupil surface (first pupil surface) P1, but the mirror group exit MGO is in a region separated from the optical axis OA. Positioned optically close to the second intermediate image IMI2. The pupil mirror is provided at the third reflection in the mirror group.
In the embodiment of FIG. 7, the mirror group MG is arranged such that the mirror group entrance MGI is positioned optically close to the object plane OS outside the optical axis OA, ie optically close to the field surface. There is no lens or lens group between the object plane and the mirror group entrance MGI, but one or more lenses can be provided here. The first mirror M1, which is a convex surface, forms a first optical element and contributes to converging the emitted light toward the second mirror M2, which is a pupil mirror PM positioned on the optical axis OA. The third mirror M3 converges the emitted light so as to form a first intermediate image IMI1 positioned inside the catadioptric cavity of the mirror group. The catadioptric subsystem including the fourth mirror M4 directs the emitted light beam through the mirror group exit MGO positioned at the second pupil surface P2. The second intermediate image IMI2 is formed outside the mirror group and between the positive lens groups (indicated by arrows with arrows pointing outward). A subsequent refractive third objective part re-images the second intermediate image on the image plane. In this embodiment, the mirrors in the mirror group are basically used in reverse order when compared to the conventional embodiment. This design requires that the effective object field be located sufficiently away from the optical axis, which has a tendency to increase the diameter of the design object field and thereby vignetting moderately sized object fields It becomes more difficult to project with a high numerical aperture.

図8に略示した実施形態では、ミラー群入口MGI及びミラー群出口MGOは、両方ともに視野表面に光学的に近く(すなわち、光学的に瞳表面から離れて)、光軸OAの外側に位置決めされる。ミラー群入口の上流に配置された屈折要素は、システムの第1の瞳ミラーPM1である第1のミラーM1に向けて放射光を直接的に収束させる。第2の瞳は、第2のミラーM2及び第3のミラーM3の反射の後に、システムの第2の瞳ミラーPM2である第4のミラーM4の位置に形成される。第1の中間像IMI1は、2回目の反射と3回目の反射の間に形成され、第2の中間像IMI2は、4回目の反射の下流に形成され、両方の中間像は、ミラー群のミラーの曲率表面によって形成される空間の内側に位置決めされる。第2の中間像IMI2は、その後の屈折レンズ群によって像面上に再結像される。システム内の結像誤差を動的に補償するために、第1のミラーM1又は第4のミラーM4のいずれか、又は第1のミラー及び第4のミラーの両方は、瞳ミラー表面の形状を操作することを可能にする適応ミラーとして設計することができる。所定の物体高さでは、第1の瞳ミラーPM1において及び第2の瞳ミラーPM2上で大きい主光線角度を得るのが困難であり、それによって瞳ミラーサイズは、高まる像側開口数と共に有意に増大することになる。この効果は、口径食なしに大きい幾何学的光束(エタンデュ)を搬送する機能を制限する傾向を有する。また、ミラー群出口MGOを出射する発散ビームを捕捉するために、ミラー群の直ぐ下流に比較的大きいレンズが必要である。好ましくは、この種類のシステムは、比較的大きい縮小比、例えば、4:1の代わりに8:1に用いることができ、これは、4:1のような小さい縮小比を有するシステムと比較して、物体側の開口数及び物体視野高さを低減することができることによるものである。   In the embodiment schematically illustrated in FIG. 8, both the mirror group entrance MGI and the mirror group exit MGO are optically close to the field surface (ie optically away from the pupil surface) and positioned outside the optical axis OA. Is done. A refractive element arranged upstream of the mirror group entrance focuses the emitted light directly towards the first mirror M1, which is the first pupil mirror PM1 of the system. The second pupil is formed at the position of the fourth mirror M4 which is the second pupil mirror PM2 of the system after the reflection of the second mirror M2 and the third mirror M3. The first intermediate image IMI1 is formed between the second reflection and the third reflection, and the second intermediate image IMI2 is formed downstream of the fourth reflection. Positioned inside the space formed by the curved surface of the mirror. The second intermediate image IMI2 is re-imaged on the image plane by the subsequent refractive lens group. In order to dynamically compensate for imaging errors in the system, either the first mirror M1 or the fourth mirror M4, or both the first and fourth mirrors, shape the pupil mirror surface. It can be designed as an adaptive mirror that allows it to be manipulated. For a given object height, it is difficult to obtain a large chief ray angle in the first pupil mirror PM1 and on the second pupil mirror PM2, whereby the pupil mirror size is significantly increased with increasing image side numerical aperture. Will increase. This effect has a tendency to limit the ability to carry large geometric luminous flux (etendue) without vignetting. Also, in order to capture the divergent beam exiting the mirror group exit MGO, a relatively large lens is required immediately downstream of the mirror group. Preferably, this type of system can be used with a relatively large reduction ratio, eg 8: 1 instead of 4: 1, compared to a system with a small reduction ratio such as 4: 1. This is because the numerical aperture on the object side and the object field height can be reduced.

図9は、液浸リソグラフィを用いて大規模集積半導体構成要素を逐次走査モードで製作するために設けられたウェーハスキャナWSの形態にあるマイクロリソグラフィ投影露光システムを略示している。投影露光システムは、光源として193nmの作動波長を有するエキシマレーザLを含む。他の作動波長、例えば、157nm又は248nmが可能である。下流の照明システムILLは、その出射表面ESにおいて、範囲が明確に定められた均一に照らされる大きい照明視野を発生させ、この照明視野は、投影対物器械POの光軸に対して軸外に配置され、下流の反射屈折投影対物器械POのテレセントリック要件に適合する。照明システムILLは、照明モードを選択するためのデバイスを有し、この例では、様々な程度の干渉を有する従来の軸上照明と、軸外照明、特に、環状照明(照明システムの瞳表面において円環形の照明区域を有する)及び双極又は四重極照明との間にわたって変更することができる。   FIG. 9 schematically shows a microlithographic projection exposure system in the form of a wafer scanner WS provided for producing large scale integrated semiconductor components in immersion scan mode using immersion lithography. The projection exposure system includes an excimer laser L having an operating wavelength of 193 nm as a light source. Other operating wavelengths are possible, for example 157 nm or 248 nm. The downstream illumination system ILL generates a large illumination field that is well-defined and uniformly illuminated at its exit surface ES, which is arranged off-axis with respect to the optical axis of the projection objective PO. And meet the telecentric requirements of the downstream catadioptric projection objective PO. The illumination system ILL has a device for selecting an illumination mode, in this example conventional on-axis illumination with varying degrees of interference and off-axis illumination, in particular annular illumination (in the pupil surface of the illumination system). With an annular illumination area) and dipole or quadrupole illumination.

照明システムの下流には、マスクが、投影対物器械POの物体面OSと一致する照明システムの出射表面ES内に置かれ、走査作動において、照明システムと投影対物器械とに共通の光軸OA(すなわち、Z方向)に対して直角の走査方向(Y方向)にこの平面内で移動することができるような方式で、マスクMを保持及び操作するためのデバイスRS(レチクル台)が配置される。
照明システムによってもたらされる照明視野IFのサイズ及び形状は、マスク上のパターン像を投影対物器械の像面内に投影するために実際に用いられる投影対物器械の有効物体視野OFのサイズ及び形状を特定する。スリット形の照明視野IFは、走査方向に対して平行に高さAを有し、走査方向に対して直角に幅B>Aを有し、矩形(挿入図に示しているように)又は弓形(円環視野)とすることができる。
Downstream of the illumination system, a mask is placed in the exit surface ES of the illumination system coinciding with the object plane OS of the projection objective PO, and in scanning operation, an optical axis OA (common to the illumination system and the projection objective). That is, a device RS (reticle stage) for holding and operating the mask M is arranged in such a manner that it can move in this plane in the scanning direction (Y direction) perpendicular to the Z direction). .
The size and shape of the illumination field IF provided by the illumination system specifies the size and shape of the effective object field OF of the projection objective that is actually used to project the pattern image on the mask into the image plane of the projection objective. To do. The slit-shaped illumination field IF has a height A parallel to the scanning direction, a width B> A perpendicular to the scanning direction, and is rectangular (as shown in the inset) or arcuate. (Annular field of view).

縮小投影対物器械POは、物体側及び像側でテレセントリックであり、マスクによって設けられるパターンの像を4:1の縮小スケールでフォトレジスト層で被覆したウェーハW上に結像するように設計される。他の縮小スケール、例えば、5:1又は8:1が可能である。感光基板としての役割を達成するウェーハWは、フォトレジスト層を有する平坦な基板表面SSが投影対物器械の平坦な像面ISと本質的に一致するような方式で配置される。ウェーハは、ウェーハをマスクMと同期してマスクMと平行に移動するように、スキャナ駆動装置を含むデバイスWS(ウェーハ台)によって保持される。またデバイスWSは、光軸OAに対して平行なZ方向、及びこの光軸に対して直角なX及びY方向の両方にウェーハを移動するためのマニピュレータを含む。光軸に対して直角に延びる少なくとも1つの傾斜軸を有する傾斜デバイスが統合されている。   The reduction projection objective PO is telecentric on the object side and image side and is designed to image an image of the pattern provided by the mask on a wafer W coated with a photoresist layer at a reduction scale of 4: 1. . Other reduction scales are possible, for example 5: 1 or 8: 1. The wafer W, which serves as a photosensitive substrate, is arranged in such a way that the flat substrate surface SS with the photoresist layer essentially coincides with the flat image plane IS of the projection objective. The wafer is held by a device WS (wafer stage) including a scanner driving device so that the wafer moves in parallel with the mask M in synchronization with the mask M. The device WS also includes a manipulator for moving the wafer in both the Z direction parallel to the optical axis OA and the X and Y directions perpendicular to the optical axis. A tilting device having at least one tilt axis extending perpendicular to the optical axis is integrated.

ウェーハWを保持するために設けられたデバイスWS(ウェーハ台)は、液浸リソグラフィにおける使用に向けて構成される。デバイスWSは、レセプタクルデバイスRDを含み、これは、スキャナ駆動装置によって移動することができ、その底部は、ウェーハWを受け取るための平坦な凹部を有する。周縁は、レセプタクル内に導入することができて図示していないデバイスを用いてレセプタクルから排出することができる液体液浸媒体IMのための平坦で上向きに開いた液密レセプタクルを形成する。対物器械の出口とウェーハ表面との間で正しく設定された作動距離が与えられると、縁部の高さは、満たされた液浸媒体がウェーハWの表面SSを完全に覆うことができ、投影対物器械POの出射側末端領域を液浸液の中に浸すことができるような方式で寸法決めされる。   A device WS (wafer stage) provided to hold the wafer W is configured for use in immersion lithography. The device WS includes a receptacle device RD, which can be moved by a scanner driver, whose bottom has a flat recess for receiving the wafer W. The periphery forms a flat, upwardly open liquid tight receptacle for the liquid immersion medium IM that can be introduced into the receptacle and drained from the receptacle using a device not shown. Given a correctly set working distance between the exit of the objective and the wafer surface, the height of the edge allows the filled immersion medium to completely cover the surface SS of the wafer W, and the projection It is dimensioned in such a way that the exit end region of the objective instrument PO can be immersed in the immersion liquid.

投影対物器械POは、像面ISに最も近い最終光学要素として平凸レンズPCLを有し、このレンズの平坦な出射表面は、投影対物器械POの最後の光学面である。投影露光システムの作動中は、最終光学要素の出射表面は、液浸液IM内に完全に浸漬され、液浸液IMによって湿潤される。例示的な事例では、屈折率nl≒1.437(193nm)を有する超純水が、液浸液として用いられる。 The projection objective PO has a plano-convex lens PCL as the final optical element closest to the image plane IS, and the flat exit surface of this lens is the last optical surface of the projection objective PO. During operation of the projection exposure system, the exit surface of the final optical element is completely immersed in the immersion liquid IM and is wetted by the immersion liquid IM. In an exemplary case, ultrapure water having a refractive index n 1 ≈1.437 (193 nm) is used as the immersion liquid.

投影露光システムの作動中の液浸液IMの温度をモニタするために、温度センサSENSが設けられる。この目的で、温度変化に応答性を有する感知要素は、投影対物器械POの出射表面の近くに配置され、露光中に横断照射を受ける液浸層の温度をモニタする。温度センサは、投影対物器械POの瞳ミラーの反射面形状を瞳ミラーマニピュレータPMM(例えば、図3と比較されたい)を用いて制御するように設けられた瞳ミラー制御ユニットPMCUを含む露光システムの中央制御ユニットに接続される。瞳ミラー制御ユニットPMCUは、温度センサSENSによって供給される温度信号を液浸層内の液浸液IMの屈折率に関する値へと変換するためのルックアップテーブルを含むデジタルストレージを含む。液浸層の温度は、投影ビームの放射光強度の吸収に起因して(温度上昇)、又は投影対物器械の出射表面とウェーハの間の空間内への新しい液浸液の流入に起因して(温度上昇又は下降)露光中に変化する可能性があるので、液浸層の屈折率の変動が発生する可能性がある。これらの変動は、ウェーハ上の像形成に影響を及ぼす球面収差への視野一定寄与を引き起こす可能性がある。球面収差に対する液浸層の影響を補償するために、像側テレセントリックな投影システムの光学特性のこれらの変動は、対応する量の球面収差を瞳ミラーによって導入するように瞳ミラーの反射形状を調節することによって補償される。安定した液浸リソグラフィ処理は、そのような制御ループを利用して得られる。   In order to monitor the temperature of the immersion liquid IM during operation of the projection exposure system, a temperature sensor SENS is provided. For this purpose, a sensing element that is responsive to temperature changes is placed near the exit surface of the projection objective PO and monitors the temperature of the immersion layer that is subjected to transverse irradiation during exposure. The temperature sensor of an exposure system including a pupil mirror control unit PMCU provided to control the reflecting surface shape of the pupil mirror of the projection objective PO using a pupil mirror manipulator PMM (for example, compare with FIG. 3). Connected to the central control unit. The pupil mirror control unit PMCU includes a digital storage including a look-up table for converting the temperature signal supplied by the temperature sensor SENS into a value relating to the refractive index of the immersion liquid IM in the immersion layer. The temperature of the immersion layer may be due to absorption of the radiation intensity of the projection beam (temperature increase) or due to the inflow of new immersion liquid into the space between the exit surface of the projection objective and the wafer. (Temperature rise or fall) Since there is a possibility of changing during the exposure, the refractive index of the immersion layer may vary. These variations can cause a constant field of view contribution to spherical aberration that affects image formation on the wafer. To compensate for the effect of the immersion layer on spherical aberration, these variations in the optical properties of the image-side telecentric projection system adjust the pupil mirror's reflection shape so that a corresponding amount of spherical aberration is introduced by the pupil mirror. To be compensated for. A stable immersion lithography process is obtained using such a control loop.

また瞳ミラー制御ユニットPMCUは、露光に用いられる照明環境を示す信号を照明システムILLから受信するように構成され、選択された照明環境に応じて瞳ミラー表面を調節することを可能にする制御ルーチンを含む。例えば、ウェーハ上に投影すべきマスクパターンが、本質的に1つの方向に延びる平行線から成る場合には、分解能及び焦点深度を高めるために、双極設定DIP(左の挿入図を参照されたい)を利用することができる。この目的のために、照明システム内の調節可能光学要素が調節され、照明システムILLの瞳表面PS内で、光軸OAの外側で直径方向に相対する位置にある2つの局所的に集中した強い光強度の照明領域IR、及び光軸上に僅かしか又は全く存在しない光強度によって特徴付けられる強度分布が得られる。同様の不均一強度分布は、照明システムの瞳表面に光学的に共役な投影対物器械の瞳表面内で得られる。その結果、上述の投影対物器械の第1及び第3の瞳表面P1、P3における又はこれらの近くのレンズは、それぞれ、光軸の外側の直径方向に相対する2つの「高温区域」によって特徴付けられる空間的に不均一な放射光負荷に露出される可能性があり、それによって局所吸収によって誘起されるレンズ加熱が生じる可能性があり、独特のレンズ変形及び屈折率変化を引き起こされ、更に、これらにより、光軸に関して本質的に二重の放射対称性によって特徴付けられる独特の波面変形が引き起こされる。光軸に対して正しい向きにある二重放射対称性を有する瞳ミラー表面の適切な変形を与えることによってこれらの効果を補償するために、瞳ミラー表面の適切な操作が利用される。   The pupil mirror control unit PMCU is configured to receive a signal indicating an illumination environment used for exposure from the illumination system ILL, and a control routine that allows the pupil mirror surface to be adjusted according to the selected illumination environment. including. For example, if the mask pattern to be projected on the wafer consists essentially of parallel lines extending in one direction, bipolar setting DIP (see left inset) to increase resolution and depth of focus Can be used. For this purpose, the tunable optical elements in the illumination system are adjusted and two locally concentrated strong diametrically opposite positions outside the optical axis OA in the pupil surface PS of the illumination system ILL. An intensity distribution is obtained which is characterized by an illumination area IR of light intensity and a light intensity which is little or not on the optical axis. A similar non-uniform intensity distribution is obtained in the pupil surface of the projection objective that is optically conjugate to the pupil surface of the illumination system. As a result, the lenses at or near the first and third pupil surfaces P1, P3 of the projection objective described above are each characterized by two “hot zones” that are diametrically opposed outside the optical axis. Can be exposed to a spatially non-uniform radiation load, which can cause lens heating induced by local absorption, causing unique lens deformation and refractive index changes, These cause a unique wavefront deformation characterized by essentially double radial symmetry with respect to the optical axis. Appropriate manipulation of the pupil mirror surface is utilized to compensate for these effects by providing an appropriate deformation of the pupil mirror surface with double radial symmetry in the correct orientation with respect to the optical axis.

照明環境が、例えば、従来の照明(光軸回りの回転対称性)又は四重極照明(光軸回りの四重放射対称性、4つの軸外照明領域IRを有する右手側の挿入図QUADを参照されたい)を得るように変更された場合には、瞳ミラー制御ユニットは、対応する信号を瞳ミラーマニピュレータに供給することになり、これに応じて瞳ミラーの表面形状が変更される。
上述の軸外極照明モードを任意的に提供することができる照明システムは、例えば、US6、252、647B1、又は本出願人の特許出願US2006/005026A1に説明されており、これらの文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。瞳ミラー構成の照明環境への適応は、上記に例示的に説明したもののような液浸システムのみならず、乾式システム、すなわち、NA<1を有する乾式対物器械を用いたシステムにおいて用いることができる。
他の実施形態(示していない)では、作動中に瞳ミラーの反射面を変形するために設けられた瞳ミラーマニピュレータへの制御信号は、瞳ミラー制御ユニットに記憶された制御パラメータの経験値又は計算値から導出される。これらの実施形態では、投影システムの結像特性の直接的又は間接的測定は必要ではない。
Illumination environment is, for example, conventional illumination (rotational symmetry around the optical axis) or quadrupole illumination (quadruradial symmetry around the optical axis, right hand side inset QUAD with four off-axis illumination regions IR. The pupil mirror control unit supplies a corresponding signal to the pupil mirror manipulator, and the surface shape of the pupil mirror is changed accordingly.
Illumination systems that can optionally provide the off-axis pole illumination modes described above are described, for example, in US Pat. No. 6,252,647 B1, or the applicant's patent application US 2006 / 005026A1, the disclosure of these documents. Are incorporated herein by reference. Adaptation of the pupil mirror configuration to the illumination environment can be used not only in immersion systems such as those exemplified above, but also in dry systems, i.e. systems using dry objectives with NA <1. .
In another embodiment (not shown), the control signal to the pupil mirror manipulator provided to deform the reflecting surface of the pupil mirror during operation is an empirical value of a control parameter stored in the pupil mirror control unit or Derived from the calculated value. In these embodiments, direct or indirect measurement of the imaging properties of the projection system is not necessary.

ここで、凹瞳ミラー有する更に別の反射屈折投影対物器械、及び瞳ミラーの反射面の形状を制御する制御システムを図10及び11に関連して説明する。
図10は、公称UV作動波長λ=193nmに向けて設計された反射屈折投影対物器械1000を示している。レンズ及び他の光学要素の個数、形状、位置に関する投影対物器械のレイアウトは、図4に示され、欧州特許EP1069448B1において第2の実施形態として解説されている従来技術の投影対物器械から取ったものである。この参照文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。この投影対物器械は、投影対物器械の出射表面と像面の間の空間にガスが満たされている「乾式リソグラフィ」に適応されている。弓形の軸外像視野内で縮小倍率6:1(|β|=1/6)で像側開口数NA=0.75が得られる。他の実施形態は、異なる倍率比、例えば、|β|=1/5、又は|β|=1/4、又は|β|=1(単位倍率)を有することができる。
A further catadioptric projection objective having a concave pupil mirror and a control system for controlling the shape of the reflecting surface of the pupil mirror will now be described with reference to FIGS.
FIG. 10 shows a catadioptric projection objective 1000 designed for a nominal UV operating wavelength λ = 193 nm. The layout of the projection objective with respect to the number, shape and position of lenses and other optical elements is taken from the prior art projection objective shown in FIG. 4 and described as a second embodiment in European patent EP1069448B1 It is. The disclosure of this reference is incorporated herein by reference. This projection objective is adapted for “dry lithography” in which the space between the exit surface and the image plane of the projection objective is filled with a gas. An image-side numerical aperture NA = 0.75 is obtained at a reduction ratio of 6: 1 (| β | = 1/6) in an arcuate off-axis image field. Other embodiments may have different magnification ratios, eg, | β | = 1/5, or | β | = 1/4, or | β | = 1 (unit magnification).

投影対物器械1000は、厳密に1つの実中間像IMIを作り出しながら、平坦な物体面OS(対物面)内に配置されたマスク(レチクル)からのパターン像を平坦な像面IS(像平面)内に投影するように構成される。第1の反射屈折対物器械部OP1は、物体面からのパターンを中間像IMI内に結像するように設計される。第2の純屈折性対物器械部OP2は、中間像を直接的に(すなわち、更に別の中間像なしに)像面内に結像する。2つの互いに共役な瞳表面P1及びP2は、CRが光軸OAと交わる位置に形成される。第1の瞳表面P1は、第1の対物器械部内に形成され、これに対して第2の瞳表面P2は、第2の対物器械部OP2内に形成される。第1の対物器械部OP1は、中程度の縮小効果しか持たず、全体的な縮小への主な寄与は屈折性の第2の対物器械部OP2によってもたらされる。全ての光学要素は、単一の真っ直ぐな光軸OAに整列し、物体面OSと像面ISとの平行な向きの設定が可能になる。投影対物器械の出射瞳は、実質的に円形である。第1の凹ミラーM1は、第1の瞳表面P1に非常近く位置決めされ、それによって瞳ミラーPMが形成される。   The projection objective 1000 creates a flat image plane IS (image plane) from a pattern image from a mask (reticle) placed in a flat object plane OS (object plane) while creating exactly one real intermediate image IMI. Configured to project into. The first catadioptric objective part OP1 is designed to image a pattern from the object plane into the intermediate image IMI. The second purely refractive objective part OP2 forms an intermediate image directly in the image plane (i.e. without further intermediate image). Two mutually conjugate pupil surfaces P1 and P2 are formed at positions where CR intersects with the optical axis OA. The first pupil surface P1 is formed in the first objective instrument part, whereas the second pupil surface P2 is formed in the second objective instrument part OP2. The first objective part OP1 has only a moderate reduction effect and the main contribution to the overall reduction is provided by the refractive second objective part OP2. All the optical elements are aligned with a single straight optical axis OA, and the parallel orientation of the object plane OS and the image plane IS can be set. The exit pupil of the projection objective is substantially circular. The first concave mirror M1 is positioned very close to the first pupil surface P1, thereby forming a pupil mirror PM.

第1の対物器械部OP1は、2つの正のメニスカスレンズによって形成された正のレンズ群LG1、単一の負の両凹レンズによって形成された負のレンズ群LG2、負のレンズ群LG2の直ぐ下流で物体面に面して反射面を有する第1の凹ミラーM1、並びに第1の凹ミラー及び像面に面して凹表面を有する第2の凹ミラーM2を有する。第2の対物器械部OP2は、単一の正のレンズによって形成された正のレンズ群LG3、単一の負の両凹レンズによって形成された負のレンズ群LG4、並びに第2の瞳表面P2と像面の間に5つの正のレンズ及び2つの負のレンズを含む正のレンズ群LG5を有する。使用像側開口数NAを調節することを可能にする可変開口絞りASは、第4のレンズ群と第5のレンズ群の間の第2の瞳表面に位置決めされる。   The first objective instrument section OP1 includes a positive lens group LG1 formed by two positive meniscus lenses, a negative lens group LG2 formed by a single negative biconcave lens, and immediately downstream of the negative lens group LG2. The first concave mirror M1 having a reflecting surface facing the object plane, and the second concave mirror M2 having a concave surface facing the first concave mirror and the image plane. The second objective part OP2 includes a positive lens group LG3 formed by a single positive lens, a negative lens group LG4 formed by a single negative biconcave lens, and a second pupil surface P2. A positive lens group LG5 including five positive lenses and two negative lenses is provided between the image planes. The variable aperture stop AS that enables the use image-side numerical aperture NA to be adjusted is positioned on the second pupil surface between the fourth lens group and the fifth lens group.

物体面からの放射光は、正の第1のレンズ群LG1によって第1の凹ミラーM1に向けて収束され、更に、第1の凹ミラーによって第2の凹ミラーM2に向けて反射され、第2の凹ミラーM2は、放射光を収束させて第1の中間像を形成する。第1の凹ミラーM1に向けて導かれ、そこから反射される放射光は、負のレンズ群LG2を反対方向に2回通過する。第1の凹ミラーM1の反射面及び負レンズ群LG2は、両方とも、放射光ビームの断面が円形形状から僅かしか外れず、周辺光線高さが主光線高さよりも少なくとも4倍又は更に少なくとも5倍大きい位置にある第2の瞳表面P2に光学的に非常近く位置決めされる。瞳表面に又はその非常の近くに配置された凹ミラーM1と、凹ミラーM1と同軸上にあって放射光が2回通過する負のレンズ群LG2との組合せは、「Schupmannアクロマート」の方式で作用し、色収差の補正、特に軸上色収差の補正を助ける。第2の対物器械部OP2は、中間像IMIを再結像して像面IS内に最終像を形成する。   The emitted light from the object plane is converged toward the first concave mirror M1 by the positive first lens group LG1, and further reflected toward the second concave mirror M2 by the first concave mirror. The second concave mirror M2 converges the emitted light to form a first intermediate image. The emitted light that is guided toward and reflected from the first concave mirror M1 passes through the negative lens group LG2 twice in the opposite direction. Both the reflecting surface of the first concave mirror M1 and the negative lens group LG2 are such that the cross section of the emitted light beam is slightly deviated from the circular shape, and the peripheral ray height is at least 4 times the principal ray height or even at least 5 Positioned optically very close to the second pupil surface P2, which is twice as large. The combination of the concave mirror M1 disposed on or very close to the pupil surface and the negative lens group LG2 that is coaxial with the concave mirror M1 and through which the radiated light passes twice is the “Schupmann achromat” method. Acts to help correct chromatic aberration, especially axial chromatic aberration. The second objective instrument part OP2 re-images the intermediate image IMI to form a final image in the image plane IS.

瞳ミラーPM(M1)の裏側に取り付けられた瞳ミラーマニピュレータPMMは、適切なアクチュエータ(示していない)を用いて瞳ミラーの非球面反射面の形状を変更するように構成される。瞳ミラーマニピュレータの一般的な設計は、図3に関連して説明したものと同じか又はそれとは異なるものとすることができる。アクチュエータは、投影露光装置の中央制御ユニットの一体部分とすることができる瞳ミラー制御ユニットPMCUによって制御される。瞳ミラー制御ユニットは、望ましい目標形状が得られるように瞳ミラーの表面形状を調節する瞳ミラーマニピュレータのアクチュエータに向けて制御信号を発生させるように構成される。   The pupil mirror manipulator PMM attached to the back side of the pupil mirror PM (M1) is configured to change the shape of the aspherical reflecting surface of the pupil mirror using an appropriate actuator (not shown). The general design of the pupil mirror manipulator can be the same as or different from that described in connection with FIG. The actuator is controlled by a pupil mirror control unit PMCU which can be an integral part of the central control unit of the projection exposure apparatus. The pupil mirror control unit is configured to generate a control signal toward an actuator of a pupil mirror manipulator that adjusts the surface shape of the pupil mirror to obtain a desired target shape.

瞳ミラー制御ユニットPMCUは、第1のセンサSENS1及び第2のセンサSENS2に接続される。第1のセンサSENS1は、干渉計のような測定システムの一体部分であり、作動中の投影対物器械の結像品質を測定し、光学性能を表す測定値を示す信号を供給することを可能にする。例えば、第1のセンサSENS1は、像面上に入射する波面の波面収差を検出するように構成することができる。この目的に適する波面測定システムの例は、例えば、US2002/0001088A1に示されており、この文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。第2のセンサSENS2は、開口絞りの現在のステータスを示す信号を導出するように構成され、それにより、例えば、処理に用いられる現在の像側開口数NAを導出することが可能になる。代替的又は追加的に、第2のセンサは、瞳表面内の強度又は強度分布を示す信号、又は投影対物器械の瞳表面及び/又は視野表面内の波面特性を示す信号を導出するように設けることができる。
同様の制御回路は、2つの中間像のような1つよりも多い中間像を有する実施形態に、及び/又は折り畳みシステムに設けることができる。
The pupil mirror control unit PMCU is connected to the first sensor SENS1 and the second sensor SENS2. The first sensor SENS1 is an integral part of a measurement system, such as an interferometer, which allows to measure the imaging quality of an active projection objective and provide a signal indicative of the measured value representing the optical performance. To do. For example, the first sensor SENS1 can be configured to detect wavefront aberration of a wavefront incident on the image plane. An example of a wavefront measurement system suitable for this purpose is given, for example, in US 2002 / 0001088A1, the disclosure content of which is incorporated herein by reference. The second sensor SENS2 is configured to derive a signal indicating the current status of the aperture stop, thereby making it possible, for example, to derive the current image-side numerical aperture NA used for processing. Alternatively or additionally, the second sensor is arranged to derive a signal indicative of the intensity or intensity distribution in the pupil surface or a signal indicative of the wavefront characteristics in the pupil surface and / or field surface of the projection objective. be able to.
Similar control circuitry can be provided in embodiments having more than one intermediate image, such as two intermediate images, and / or in a folding system.

図11は、反射屈折投影対物器械1100を示している。この投影対物器械は、公称UV作動波長λ=193nmに向けて設計される。レンズ及び他の光学要素の個数、形状、位置に関する投影対物器械のレイアウトは、図19に示され、国際特許出願WO2004/019128A2において第5の実施形態(表9及び10)として解説されている従来技術の投影対物器械から取ったものである。この参照文献のそれぞれの開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。サイズが26mm×4mmの矩形の軸外像視野内で縮小倍率4:1で像側開口数NA=1.25が得られる。   FIG. 11 shows a catadioptric projection objective 1100. This projection objective is designed for a nominal UV operating wavelength λ = 193 nm. The layout of the projection objective with respect to the number, shape and position of lenses and other optical elements is shown in FIG. 19 and described in the fifth embodiment (Tables 9 and 10) in the international patent application WO2004 / 019128A2. Taken from a technical projection objective. The disclosure of each of these references is incorporated herein by reference. An image-side numerical aperture NA = 1.25 is obtained at a reduction ratio of 4: 1 within a rectangular off-axis image field of size 26 mm × 4 mm.

投影対物器械1100は、厳密に2つの実中間像IMI1、IMI2を作り出しながら、平坦な物体面OS(対物面)内に配置されたレチクル上のパターン像を平坦な像面IS(像平面)内に例えば4:1の縮小スケールで投影するように設計される。矩形の有効物体視野OF及び像視野IFは、軸外、すなわち、完全に光軸OAの外側にある。第1の屈折性対物器械部OP1は、物体面内のパターンを第1の中間像IMI1内に結像するように設計される。第2の反射屈折(屈折性/反射性の)対物器械部OP2は、第1の中間像IMI1を第2の中間像IMI2上に1:(−1)に近い倍率で結像する。第3の屈折性対物器械部OP3は、第2の中間像IMI2を像面IS上に強い縮小比で結像する。
主光線CRが光軸と交わる位置に、3つの互いに共役の瞳表面P1、P2、及びP3が形成される。第1の瞳表面P1は、物体面と第1の中間像の間の第1の対物器械部内に形成され、第2の瞳表面P2は、第1の中間像と第2の中間像の間の第2の対物器械部内に形成され、第3の瞳表面P3は、第2の中間像と像面ISの間の第3の対物器械部内に形成される。
The projection objective 1100 generates two actual intermediate images IMI1 and IMI2 in a precise manner, and converts a pattern image on a reticle arranged in a flat object plane OS (object plane) into a flat image plane IS (image plane). For example, it is designed to project at a reduced scale of 4: 1. The rectangular effective object field OF and image field IF are off-axis, ie completely outside the optical axis OA. The first refractive objective instrument part OP1 is designed to image a pattern in the object plane into the first intermediate image IMI1. The second catadioptric (refractive / reflective) objective instrument part OP2 forms the first intermediate image IMI1 on the second intermediate image IMI2 at a magnification close to 1: (− 1). The third refractive objective instrument part OP3 forms the second intermediate image IMI2 on the image plane IS with a strong reduction ratio.
Three mutually conjugate pupil surfaces P1, P2, and P3 are formed at positions where the principal ray CR intersects the optical axis. The first pupil surface P1 is formed in the first objective part between the object plane and the first intermediate image, and the second pupil surface P2 is between the first intermediate image and the second intermediate image. And a third pupil surface P3 is formed in the third objective part between the second intermediate image and the image plane IS.

第2の対物器械部OP2は、第2の瞳表面P2に単一の凹ミラーCMを含み、それによって瞳ミラーPMが形成される。第1の平坦な折り畳みミラーFM1は、物体面から到来する放射光を凹ミラーCMの方向に反射するように、第1の中間像IMI1に光学的に近く、光軸OAに対して45°の角度で配置される。第1の折り畳みミラーの平坦なミラー表面に対して直角に整列する平坦なミラー表面を有する第2の折り畳みミラーFM2は、凹ミラーCM(瞳ミラーPM)から到来する放射光を物体面に対して平行な像面の方向に反射する。折り畳みミラーFM1、FM2の各々は、中間像の光学的に近くに位置する。   The second objective part OP2 includes a single concave mirror CM on the second pupil surface P2, thereby forming a pupil mirror PM. The first flat folding mirror FM1 is optically close to the first intermediate image IMI1 and reflects 45 ° with respect to the optical axis OA so as to reflect the radiation coming from the object plane in the direction of the concave mirror CM. Arranged at an angle. The second folding mirror FM2 having a flat mirror surface aligned at right angles to the flat mirror surface of the first folding mirror has the radiated light coming from the concave mirror CM (pupil mirror PM) with respect to the object plane. Reflects in the direction of the parallel image plane. Each of the folding mirrors FM1 and FM2 is positioned optically close to the intermediate image.

この投影対物器械は、凹ミラーCMの直前に負の群を形成し、放射光がその道程で第1の折り畳みミラーFM1から凹ミラーに向けて、更に凹ミラーから第2の折り畳みミラーFM2に向けて2回通過する2つの負のメニスカスレンズを含む27個のレンズを有する。瞳表面に又はその光学的に近くに配置された凹ミラーと、凹ミラーの反射側の前の放射光が負の群を通じて反対方向に少なくとも2回通過するような二重通過領域内に配置された少なくとも1つの負のレンズを含む負の群との組合せは、時として「Schupmannアクロマート」と呼ばれる。この群は、色収差、特に軸上色収差の補正に有意に寄与する。   In this projection objective, a negative group is formed immediately before the concave mirror CM, and the emitted light travels from the first folding mirror FM1 toward the concave mirror along the path, and further from the concave mirror toward the second folding mirror FM2. And 27 lenses including two negative meniscus lenses that pass twice. A concave mirror located at or near the pupil surface and in a double pass region where the emitted light in front of the reflective side of the concave mirror passes through the negative group at least twice in the opposite direction The combination with a negative group comprising at least one negative lens is sometimes referred to as “Schupmann achromat”. This group contributes significantly to the correction of chromatic aberration, in particular axial chromatic aberration.

瞳ミラーマニピュレータPMMは、自由に接近可能な凹ミラーCMの裏側に設けられる。瞳ミラーマニピュレータは、可撓性ミラー基板の裏側に作用して、瞳ミラーマニピュレータPMMに接続した瞳ミラー制御ユニットPMCUによって供給される制御信号に応じて反射面形状を継続的に変更すること可能にするいくつかのアクチュエータ(矢印によって表している)を含む。第1のセンサSENS1は、可撓性ミラー基板に作動的に接続されて、反射面の変形状態を高空間分解能で2次元的に感知することを可能にする。瞳ミラー制御ユニットは、センサSENS1に接続されて、瞳ミラー表面の変形の実際の状態を表すフィードバック信号を受信する。瞳ミラーマニピュレータ及び対応する制御ユニットは、本質的に図3に関連して上述したように設計することができる。第1のセンサSENS1は、瞳ミラーの機械的状態から電気信号を導出する電気機械センサとすることができる。代替的又は追加的に、凹ミラーの変形状態をモニタするセンサシステムは、US6、784、977B2に概説されている原理に従って設計することができる。この文献のそれぞれの開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。   The pupil mirror manipulator PMM is provided on the back side of the concave mirror CM that is freely accessible. The pupil mirror manipulator acts on the back side of the flexible mirror substrate so that the reflecting surface shape can be continuously changed according to the control signal supplied by the pupil mirror control unit PMCU connected to the pupil mirror manipulator PMM. Including several actuators (represented by arrows). The first sensor SENS1 is operatively connected to the flexible mirror substrate and enables the deformation state of the reflecting surface to be sensed two-dimensionally with high spatial resolution. The pupil mirror control unit is connected to the sensor SENS1 and receives a feedback signal representing the actual state of deformation of the pupil mirror surface. The pupil mirror manipulator and corresponding control unit can be designed essentially as described above in connection with FIG. The first sensor SENS1 may be an electromechanical sensor that derives an electrical signal from the mechanical state of the pupil mirror. Alternatively or additionally, a sensor system for monitoring the deformation state of the concave mirror can be designed according to the principle outlined in US 6,784,977 B2. The disclosure of each of this document is incorporated herein by reference.

一般的に、反射瞳ミラー表面の形状を変形又は変更するように構成された瞳ミラー及び瞳ミラーマニピュレータによって形成されるミラー配置は、上述のように又は様々な他の手法で構成することができる。US5、986、795又は本出願人の特許出願US2006/0018045A1においてその例が示されている。これらの文献のそれぞれの開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。   In general, the mirror arrangement formed by pupil mirrors and pupil mirror manipulators configured to deform or change the shape of the reflective pupil mirror surface can be configured as described above or in various other ways. . Examples are shown in US 5,986,795 or in the applicant's patent application US 2006 / 0018045A1. The disclosure of each of these documents is incorporated herein by reference.

瞳ミラーの反射面の望ましい変形を発生させるための瞳ミラーマニピュレータの制御は、設計種類(折り畳み又は直線配置)及び中間像の個数に依存しない様々な手法で構成することができる。
一部の実施形態では、瞳ミラーマニピュレータを制御する制御システムは、投影対物器械又は投影露光装置の別の部分の少なくとも1つの状態を示す少なくとも1つの入力信号を受信し、この入力信号に応じて投影対物器械の結像特性を適応させるための瞳ミラーの表面形状の調節を表す制御信号を瞳ミラーマニピュレータに出力するように構成された制御回路を含む。制御回路は、開ループ制御方式で作動させることができる。
The control of the pupil mirror manipulator to generate the desired deformation of the reflecting surface of the pupil mirror can be configured in various ways independent of the design type (folding or linear arrangement) and the number of intermediate images.
In some embodiments, the control system that controls the pupil mirror manipulator receives at least one input signal indicative of at least one state of the projection objective or another part of the projection exposure apparatus, and in response to the input signal A control circuit configured to output to the pupil mirror manipulator a control signal representing an adjustment of the surface shape of the pupil mirror to accommodate the imaging characteristics of the projection objective. The control circuit can be operated in an open loop control manner.

例えば、照明環境(例えば、双極照明又は四重極照明)を示す入力信号は、照明システムから受信して制御回路内で処理することができ、極照明を受けて予想される不均一レンズ加熱の少なくとも一部が瞳ミラー表面の不均等な変形によって補償されるように、それぞれ二重又は四重の回転対称性を有する表面変形を得るために瞳ミラーマニピュレータのアクチュエータに瞳ミラーの反射面を変形させる制御信号を発生させる。代替的又は追加的に、他の入力信号、例えば、パターンの種類(例えば、線パターン、穴パターン、及び/又は異なる方向の線を有するパターン)を表す入力信号、開口数NAを表す入力信号、及び/又は露光時間を表す入力信号を発生させて処理することができる。   For example, an input signal indicative of an illumination environment (eg, dipole illumination or quadrupole illumination) can be received from the illumination system and processed in a control circuit, and the expected non-uniform lens heating of the illumination is received. Deform the pupil mirror's reflective surface to the actuator of the pupil mirror manipulator to obtain a surface deformation with double or quadruple rotational symmetry, respectively, so that at least a portion is compensated by unequal deformation of the pupil mirror surface A control signal is generated. Alternatively or additionally, other input signals, for example, an input signal representing a pattern type (eg, a line pattern, a hole pattern, and / or a pattern having lines in different directions), an input signal representing a numerical aperture NA, And / or an input signal representing the exposure time can be generated and processed.

更に高い光学性能安定性及び乱れに対するより良好な応答は、投影対物器械性能の閉ループ制御を組み込む実施形態において得ることができる。単純な開ループ制御とは異なり、閉ループ制御は、制御回路内にフィードバックを導入する。一部の実施形態では、制御回路は、瞳ミラーの反射面の表面形状、又は表面形状に相関する投影対物器械の特性を検出するように構成された少なくとも1つの第1のセンサを含む少なくとも1つのフィードバック回路を含み、このセンサは、瞳ミラー制御ユニットに接続されてフィードバック信号を供給し、瞳ミラー制御ユニットは、フィードバック信号に応じて、瞳ミラーマニピュレータを制御する制御信号を任意的に修正するように構成される。例えば、像面上に入射する波面及び/又は瞳表面内の波面内に存在する収差のレベルを示す信号を発生させるために、波面測定デバイス、又は投影対物器械の光学性能を測定することができる別の測定システムを用いることができる。収差のレベルは、例えば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面曲率、及び歪曲のような1つ又はそれよりも多い単色収差、及び/又は軸上及び横色収差、及び単色収差の色変化を含む1つ又はそれよりも多い色収差を含む1つ又はそれよりも多い収差によって特徴付けることができる。収差が所定の閾値を超える場合には、瞳ミラー制御ユニットは、重大な収差のレベルが典型的にある一定の処理に対してエンドユーザが定める仕様によって与えられる閾値の下まで低減されるように、瞳ミラーの表面形状を調節する制御信号を発生させることができる。本出願人の特許出願US2002/0011088A1に説明されている波面検出のための装置を瞳ミラーの表面形状を最適化する閉ループ制御と連係させて利用することができる。   Even higher optical performance stability and better response to disturbances can be obtained in embodiments that incorporate closed-loop control of projection objective performance. Unlike simple open loop control, closed loop control introduces feedback in the control circuit. In some embodiments, the control circuit includes at least one first sensor configured to detect a surface shape of the reflective surface of the pupil mirror, or a characteristic of the projection objective that correlates to the surface shape. Including one feedback circuit, which is connected to the pupil mirror control unit to provide a feedback signal, and the pupil mirror control unit optionally modifies the control signal controlling the pupil mirror manipulator in response to the feedback signal Configured as follows. For example, the optical performance of a wavefront measuring device or projection objective can be measured to generate a signal indicative of the level of aberrations present in the wavefront incident on the image plane and / or in the pupil surface. Another measurement system can be used. The level of aberration can be, for example, one or more monochromatic aberrations such as spherical aberration, coma, astigmatism, field curvature, and distortion, and / or axial and lateral chromatic aberration, and the color of monochromatic aberration. It can be characterized by one or more aberrations including one or more chromatic aberrations including changes. If the aberration exceeds a pre-determined threshold, the pupil mirror control unit will cause the level of critical aberration to be reduced below the threshold given by the end-user-specified specification typically for certain processes. A control signal for adjusting the surface shape of the pupil mirror can be generated. The apparatus for wavefront detection described in the applicant's patent application US2002 / 0011088A1 can be used in conjunction with a closed loop control that optimizes the surface shape of the pupil mirror.

瞳ミラーの表面形状、又は表面形状と直接的に相関する投影対物器械の特性は、フィードバック信号を導出するために恒常的又は断続的にモニタすることができる。
開ループ制御回路又は閉ループ制御回路内で処理される上述の少なくとも1つの入力信号は、投影対物器械に対する測定から導出することができるパラメータから導出することができ、すなわち、パラメータは、システム内で直接検出することができる。1つ又はそれよりも多い入力信号をシミュレーションモデルから導出することも可能であり、シミュレーションモデルは、有意な制御パラメータ及び信号をシミュレーションモデルから導出することができるように、投影対物器械又はその一部、又は投影露光装置全体を十分な精度で再現する。この場合には、瞳ミラーの制御は、モデルベースの制御(MBC)の態様を含むことができる。この目的のために、瞳ミラー制御ユニットは、投影対物器械及び/又は投影対物器械を含む投影露光装置のシミュレーションモデルのモデルパラメータを表すモデルデータを記憶するモデルデータメモリを含むことができ、又はそれに接続することができる。制御システムは、モデルデータメモリに記憶されたモデルデータから制御回路のための少なくとも1つの入力信号を導出することができる。投影対物器械は、投影対物器械に関する実際のステータスパラメータを検出するための1つ又はそれよりも多い第2のセンサを含むことができ、シミュレーションモデルのモデルパラメータに対応する実際の可観測パラメータを導出する。
The surface shape of the pupil mirror, or the characteristics of the projection objective that directly correlates with the surface shape, can be monitored constantly or intermittently to derive a feedback signal.
The at least one input signal described above that is processed in an open-loop control circuit or a closed-loop control circuit can be derived from parameters that can be derived from measurements on the projection objective, i.e. the parameters are directly in the system. Can be detected. It is also possible to derive one or more input signals from the simulation model, the simulation model being a projection objective or part thereof so that significant control parameters and signals can be derived from the simulation model. Or the entire projection exposure apparatus is reproduced with sufficient accuracy. In this case, pupil mirror control may include model-based control (MBC) aspects. For this purpose, the pupil mirror control unit can comprise a model data memory for storing model data representing model parameters of a projection objective and / or a simulation model of a projection exposure apparatus including the projection objective, or Can be connected. The control system can derive at least one input signal for the control circuit from the model data stored in the model data memory. The projection objective can include one or more second sensors for detecting an actual status parameter for the projection objective and derives an actual observable parameter corresponding to the model parameter of the simulation model. To do.

例えば、図11に示すフィードバック制御システムでは、瞳ミラー制御ユニットPMCUは、投影対物器械1100及び/又は投影対物器械を含む投影露光装置のシミュレーションモデルのモデルパラメータを表すモデルデータを記憶するモデルデータメモリMDMを含む。モデルデータメモリMDMは、データネットワーク上で瞳ミラー制御ユニットによってアクセス可能な外部デバイス内に組み込むことができる。上述の実施形態では、モデルデータメモリMDMは、1つ又はそれよりも多くの構成要素の温度を表す温度データ、1つ又はそれよりも多くの構成要素における空間温度分布を表す温度分布データ、1つ又はそれよりも多くの構成要素の軸線方向位置、1つ又はそれよりも多くの構成要素の偏芯又は傾斜の少なくとも一方を表す位置データ、瞳ミラーの反射面の形状を表す形状データ、開口絞りの条件(NAを用いて)を表す開口データ、照明環境を表す設定データ、放射光源の電力を表す放射光電力データ、投影対物器械の像視野又は瞳表面内の1つ又はそれよりも多くの収差の空間分布を表す収差データ、液浸媒体の存在又は不在を示すデータを含み、液浸媒体の少なくとも1つの特性を表す液浸データ、マスク又は別のパターン化手段によって設けられるパターンの種類に関する情報を表すパターンデータといったデータのうちの1つ又はそれよりも多くを記憶しておくことができる。シミュレーションモデルは、シミュレーションモデルと作動中の実際のシステムの間の緊密な相関性を維持するために、データがそのために記憶されるモデルパラメータに対応する測定パラメータを用いて、ある一定の間隔で較正することができる。   For example, in the feedback control system shown in FIG. 11, the pupil mirror control unit PMCU stores a model data memory MDM that stores model data representing model parameters of a simulation model of a projection exposure apparatus including the projection objective 1100 and / or the projection objective. including. The model data memory MDM can be incorporated in an external device accessible by the pupil mirror control unit over the data network. In the embodiment described above, the model data memory MDM is temperature data representing the temperature of one or more components, temperature distribution data representing the spatial temperature distribution in one or more components, 1 Axial position of one or more components, position data representing at least one of eccentricity or tilt of one or more components, shape data representing the shape of the reflecting surface of the pupil mirror, aperture Aperture data representing the aperture conditions (using NA), setting data representing the illumination environment, radiant power data representing the power of the radiation source, one or more in the image field or pupil surface of the projection objective Immersion data representing at least one characteristic of the immersion medium, mask or other patterning means, including aberration data representing the spatial distribution of aberrations of the liquid, data indicating the presence or absence of the immersion medium Thus one of the data such as pattern data representing information on the type of provided patterns or than can be stored at most. The simulation model is calibrated at regular intervals using measurement parameters corresponding to the model parameters for which the data is stored to maintain a close correlation between the simulation model and the actual system in operation can do.

モデルベースの制御の機能を適応瞳ミラーに対する操作を制御する段階の中に組み込むことは、特に、レンズ加熱効果のような適応瞳ミラーによって対処すべき問題のうちの一部が、ある一定の時定数で変化する動的効果であることを考慮すると、有利である場合がある。更に、光学システム内の放射光エネルギの分布と光学性能への対応する効果との間に、単純な関係は一般的には存在しない。閉ループ制御回路が用いられる場合には、投影対物器械の実際の光学性能は、一般的にユーザ仕様によって与えられる規定の理論値又は望ましい値と所定の期間にわたって比較される。実際の値と望ましい値の間で偏差が発生した場合には、この制御回路は、例えば、瞳ミラーに対する操作を含むことができる適切な操作によって偏差を減少するのに有効である。一般的に、そのような閉ループ制御は、観測誤差に対して反応し、これらの誤差を除去するか又は最小にするように実施される。一般的に、モデルベース制御の統合化の態様は、光学システムの予測制御を実施するのに用いることができ、それにより、シミュレーションモデルが設計されるシステムにおいて予想される少なくとも一部の将来の変化を考慮に入れることが可能になる。それにより、未来作用的制御を得ることができる。   Incorporating model-based control functions into the control phase for adaptive pupil mirrors, especially when some of the issues to be addressed by adaptive pupil mirrors, such as lens heating effects, are at certain times. Considering the fact that the dynamic effect varies with a constant, it may be advantageous. Furthermore, there is generally no simple relationship between the distribution of radiant energy in an optical system and the corresponding effect on optical performance. When a closed loop control circuit is used, the actual optical performance of the projection objective is compared over a predetermined period with a defined theoretical or desired value, typically given by user specifications. If a deviation occurs between the actual value and the desired value, this control circuit is effective to reduce the deviation by an appropriate operation that can include, for example, an operation on the pupil mirror. In general, such closed loop control is implemented to react to observation errors and eliminate or minimize these errors. In general, the integration aspect of model-based control can be used to implement predictive control of an optical system, so that at least some future changes expected in the system for which the simulation model is designed Can be taken into account. Thereby, the future action control can be obtained.

投影システムの収差の時間変化を測定するための測定システム、及びモデルパラメータに基づいて投影システムの収差の時間変化を予測するための予測的制御システムを含むリソグラフィ投影装置は、例えば、US2006/0114437A1に開示されている。適応瞳ミラーを制御するのに用いられるように概念を修正することができる範囲において、この文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。   A lithographic projection apparatus comprising a measurement system for measuring the time variation of the aberration of the projection system and a predictive control system for predicting the time variation of the aberration of the projection system based on the model parameters is disclosed, for example, in US 2006/0114437 A1. It is disclosed. To the extent that the concept can be modified to be used to control an adaptive pupil mirror, the disclosure content of this document is incorporated herein by reference.

シミュレーションモデルの恒常的又は断続的な較正は、モデル化されたシステムの特性の実際の測定から導出される信号に基づいて実施することができる。物理的システム(例えば、投影対物器械又は露光装置全体)において検出又は特定すべき特性は、1つ又はそれよりも多くの構成要素の温度、1つ又はそれよりも多くの構成要素上の空間温度分布、1つ又はそれよりも多くの構成要素の軸線方向位置、1つ又はそれよりも多くの構成要素の偏芯又は傾斜、瞳ミラーの反射面形状、開口絞り条件(NAを用いて)、照明環境、放射光源の電力、投影対物器械の像視野及び/又は出射瞳内の1つ又はそれよりも多くの収差の空間分布、出射瞳のような瞳表面内の波面、出射瞳のような瞳表面内の強度又は強度の空間分布、マスク又は別のパターン化手段によって設けられるパターンの種類を表すパターン情報のうちの1つ又はそれよりも多くを含むことができる。例えば、パターン情報は、マスクから、及び/又は各マスクに関連付けられた可換メモリ構成要素に記憶されたデータから、及び/又は常設メモリ構成要素に記憶されたデータから関連パターン識別データを読み取ることから導出することができる。   Constant or intermittent calibration of the simulation model can be performed based on signals derived from actual measurements of the characteristics of the modeled system. The property to be detected or identified in a physical system (eg, the entire projection objective or exposure apparatus) is the temperature of one or more components, the spatial temperature on one or more components Distribution, axial position of one or more components, eccentricity or tilt of one or more components, reflecting mirror shape of pupil mirror, aperture stop condition (using NA), The illumination environment, the power of the radiation source, the image field of the projection objective and / or the spatial distribution of one or more aberrations in the exit pupil, the wavefront in the pupil surface such as the exit pupil, the exit pupil, etc. One or more of the pattern information representing the intensity or spatial distribution of the intensity in the pupil surface, the type of pattern provided by the mask or another patterning means may be included. For example, the pattern information may read related pattern identification data from the mask and / or from data stored in a commutative memory component associated with each mask and / or from data stored in a permanent memory component. Can be derived from

変形可能ミラーを制御する制御システムの様々な構成は、特許請求する本発明による実施形態及び他の投影露光システムにおいて、例えば、折り畳み幾何学形状及び中間像の個数に依存せずに用いることができる。例えば、2つよりも多い中間像を有する投影対物器械が可能である。3つの中間像を有する投影対物器械は、本質的に、本出願人の国際特許出願WO2005/040890Aの教示に従って設計することができ、この文献の開示内容は、引用によって本明細書に組み込まれている。   Various configurations of the control system for controlling the deformable mirror can be used in the claimed embodiments of the invention and other projection exposure systems, for example, without depending on the folding geometry and the number of intermediate images. . For example, projection objectives with more than two intermediate images are possible. A projection objective having three intermediate images can be designed essentially according to the teachings of the applicant's international patent application WO2005 / 040890A, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Yes.

好ましい実施形態の以上の説明は、一例として与えたものである。与えた開示内容から、当業者は、本発明及びそれに伴う利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法への様々な変更及び修正が明らかであることも見出すであろう。従って、特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本発明の精神及び範囲に該当する全ての変更及び修正を含むことを意図している。
特許請求の範囲の全ての内容は、引用によって本明細書の説明の一部にされるものとする。
The above description of the preferred embodiment has been given by way of example. From the disclosure provided, those skilled in the art will not only understand the present invention and its attendant advantages, but will also find various changes and modifications to the disclosed structures and methods. Accordingly, it is intended to embrace all such changes and modifications that fall within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and equivalents thereof.
The entire contents of the claims are hereby incorporated by reference.

(表1)

Figure 0005684413
(Table 1)
Figure 0005684413

(表1続き)

Figure 0005684413
(Table 1 continued)
Figure 0005684413

(表1A)

Figure 0005684413
(Table 1A)
Figure 0005684413

(表2)

Figure 0005684413
(Table 2)
Figure 0005684413

(表2続き)

Figure 0005684413
(Table 2 continued)
Figure 0005684413

(表2A)

Figure 0005684413
(Table 2A)
Figure 0005684413

(表3)

Figure 0005684413
(Table 3)
Figure 0005684413

(表3続き)

Figure 0005684413
(Table 3 continued)
Figure 0005684413

(表3A)

Figure 0005684413
(Table 3A)
Figure 0005684413

(表4)

Figure 0005684413
(Table 4)
Figure 0005684413

(表4続き)

Figure 0005684413
(Continued in Table 4)
Figure 0005684413

(表4A)

Figure 0005684413
(Table 4A)
Figure 0005684413

(表5)

Figure 0005684413
(Table 5)
Figure 0005684413

(表5続き)

Figure 0005684413
(Continued in Table 5)
Figure 0005684413

(表5A)

Figure 0005684413
(Table 5A)
Figure 0005684413

(表6)

Figure 0005684413
(Table 6)
Figure 0005684413

(表6続き)

Figure 0005684413
(Continued in Table 6)
Figure 0005684413

(表6A)

Figure 0005684413
(Table 6A)
Figure 0005684413

100 反射屈折投影対物器械
IF 像視野
IMI1 第1の中間像
IS 像面
LG1 第1の対物器械部
P1 第1の瞳表面
100 catadioptric projection objective IF image field IMI1 first intermediate image IS image plane LG1 first objective part P1 first pupil surface

Claims (4)

主放射光を発生させる光源と、
前記主放射光を形成して、パターンを担持するマスク上に入射する照明放射光を発生させる照明システムと、
前記パターンの像を放射光感応基板上に投影する投影対物器械であって、瞳ミラー及び瞳ミラーマニピュレータを含む前記投影対物器械と、
前記瞳ミラーマニピュレータを制御するように構成された瞳ミラー制御ユニットを含む制御システムと、
を含み、
前記投影対物器械が、投影対物器械の物体面に配置された物体視野から該投影対物器械の像面に配置された像視野上にパターンを結像するための反射屈折投影対物器械であって、
物体面からのパターンを中間像内に結像させるように構成され、第1の瞳表面を有する第1の対物器械部と、
前記中間像を像面内に結像させるように構成され、前記第1の瞳表面と光学的に共役な第2の瞳表面を有する第2の対物器械部と、
を含み、
前記瞳ミラーが、第1、及び第2の瞳表面のうちの1つに又はその近くに位置決めされた反射瞳ミラー表面を有し、
前記瞳ミラーマニピュレータが、瞳ミラーに作動的に接続され、前記瞳ミラー表面の形状を変更するように構成され、
前記照明システムは、光軸の回りの二重及び四重の放射対称性のうちの少なくとも一方を有する少なくとも1つの極照明環境をもたらし、且つ極照明環境を選択可能であるように構成され、
前記瞳ミラー制御ユニットは、露光に用いられる前記極照明環境を示す信号を前記照明システムから受信するように構成され、前記制御システムは、実質的に二重又は四重の放射対称性を有する前記選択された極照明環境に対応して前記瞳ミラー表面を調節するように構成される、
ことを特徴とする投影露光装置。
A light source that generates main radiation,
An illumination system that forms the main radiation and generates illumination radiation incident on a mask carrying a pattern;
A projection objective for projecting an image of the pattern onto a radiation sensitive substrate, the projection objective comprising a pupil mirror and a pupil mirror manipulator;
A control system including a pupil mirror control unit configured to control the pupil mirror manipulator;
Including
The projection objective is a catadioptric projection objective for imaging a pattern from an object field located in the object plane of the projection objective onto an image field located in the image plane of the projection objective;
A first objective portion configured to image a pattern from the object plane into an intermediate image and having a first pupil surface;
A second objective part configured to form the intermediate image in an image plane and having a second pupil surface optically conjugate with the first pupil surface;
Including
The pupil mirror has a reflective pupil mirror surface positioned at or near one of the first and second pupil surfaces;
The pupil mirror manipulator is operatively connected to a pupil mirror and configured to change a shape of the pupil mirror surface;
The illumination system may include cod also at least one polar illumination environment having at least one of around double and quadruple the radial symmetry of the optical axis, is and configured pole to the illumination environment can be selected ,
The pupil mirror control unit is configured to receive a signal indicative of the polar illumination environment used for exposure from the illumination system, the control system having substantially double or quadruple radial symmetry. Configured to adjust the pupil mirror surface in response to a selected polar illumination environment ;
A projection exposure apparatus.
前記制御システムは、前記投影対物器械又は投影露光装置の別の部分の少なくとも1つのステータスパラメータを示す少なくとも1つの入力信号を受信し、かつ該入力信号に応じて該投影対物器械の結像特性を適応させるための瞳ミラーの表面形状の調節を表す制御信号を前記瞳ミラーマニピュレータに出力するように構成された制御回路を含み、
前記投影対物器械の光学性能を測定することができる測定システムが、瞳表面における強度分布を示す入力信号を発生させる
ことを特徴とする請求項1に記載の投影露光装置。
The control system receives at least one input signal indicative of at least one status parameter of the projection objective or another part of the projection exposure apparatus, and determines the imaging characteristics of the projection objective in response to the input signal. A control circuit configured to output a control signal representing an adjustment of a surface shape of the pupil mirror for adaptation to the pupil mirror manipulator;
The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the measurement system capable of measuring the optical performance of the projection objective generates an input signal indicating an intensity distribution on the pupil surface.
前記瞳ミラー制御ユニットは、前記投影対物器械及び該投影対物器械を含む投影露光装置のうちの少なくとも一方のシミュレーションモデルのモデルパラメータを表すモデルデータを記憶するモデルデータメモリを含むか又はそれに接続されており、
前記制御システムは、前記モデルデータメモリに記憶された前記モデルデータから前記制御回路に対する少なくとも1つの入力信号を導出する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の投影露光装置。
The pupil mirror control unit includes or is connected to a model data memory that stores model data representing model parameters of a simulation model of at least one of the projection objective and a projection exposure apparatus including the projection objective. And
The control system derives at least one input signal to the control circuit from the model data stored in the model data memory;
The projection exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記投影対物器械の出射表面と、該投影対物器械の前記像面に配置された基板表面を有する基板との間に配置された実質的に1よりも大きい屈折率nlを有する液浸液によって形成された液浸層を更に含み、
前記瞳ミラー制御ユニットは、結像収差と、前記液浸層の光学特性の時間依存変化を含む投影システムの光学特性の時間依存変動に関連する結像収差に影響を与える条件とを示す信号を受信するように構成され、
前記制御システムは、前記瞳ミラー表面の前記形状の変形が、前記時間依存変動によって引き起こされる前記結像収差を少なくとも部分的に補償するように、前記信号に応じて該瞳ミラー表面の該形状を変更するように構成される、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の投影露光装置。
By an immersion liquid having a refractive index n l substantially greater than 1 disposed between the exit surface of the projection objective and a substrate having a substrate surface disposed at the image plane of the projection objective Further comprising an immersion layer formed;
The pupil mirror control unit provides signals indicating imaging aberrations and conditions that affect imaging aberrations related to time-dependent variations in the optical properties of the projection system, including time-dependent changes in the optical properties of the immersion layer. Configured to receive,
The control system is configured to change the shape of the pupil mirror surface in response to the signal so that deformation of the shape of the pupil mirror surface at least partially compensates for the imaging aberration caused by the time dependent variation. Configured to change,
The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the projection exposure apparatus is characterized.
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